Контрольная работа по «Метеорология»

  Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский государственный университет леса

Факультет «Лесное хозяйство»

Контрольная работа

 по дисциплине

 «Метеорология»

Вариант №5

Крахин Юрий Витальевич

Номер зачётной книжки «12-13-124д»

5.  На  какие слои и по каким признакам разделяется атмосфера по вертикали?

Наиболее часто атмосферу по вертикали делят на слои по значению вертикального градиента температуры. По этому признаку в атмосфере выделяется пять основных слоев-сфер: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера.

Рисунок 1. Строение атмосферы

Между ними имеются небольшие по толщине переходные слои-паузы: тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза.

По характеру изменения температуры с высотой метеорологи выделяют пять основных слоев и четыре промежуточных. До высоты (в среднем) 11 км — тропосфера, от 11 до 51 км — стратосфера, от 51 до 86 км — мезосфера, от 86 до 800 км — термосфера и выше 800 км — экзосфера. Промежуточные слои — тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза.

Радиофизики по уровню ионизации, электропроводности и способности отражать и поглощать радиоволны выделяют в атмосфере еще несколько слоев. Слой атмосферы, заключенный между высотами 100 и 1000 км, называют ионосферой. В ионосфере на высотах 60—100 км лежит слой D, от 10 до 150 км — слой Е, выше 220 км — слои F1и F2. Положение и интенсивность слоев ионосферы меняется ото дня к ночи и в зависимости от изменений солнечной активности.

В атмосфере выделяют еще один особый слой, называемый озоносферой. Он находится на высотах 10—60 км, то есть в стратосфере и нижней мезосфере. Здесь происходят фотохимические процессы образования озона, максимальное содержание которого отмечается между 20 и 25 км. Так как озон способен поглощать значительную часть ультрафиолетовой радиации, идущей от Солнца, то температура воздуха выше озоносферы, то есть в верхней стратосфере, достигает даже положительных значений.

5.  Что  такое прямая и рассеянная  солнечная радиации, их суточный  и годовой ход? Как оценивается  интенсивность этих радиации и какие факторы влияют на нее?

Приход рассеянной радиации на земную поверхность может достигать нескольких десятых долей кал/см2 · мин. Наблюдаются следующие зависимости.

1. Чем больше высота солнца, тем  больше поток рассеянной радиации.

2. Чем больше в атмосфере рассеивающих  частичек, тем большая доля солнечной  радиации рассеивается. Следовательно, поток рассеянной радиации увеличивается  при увеличении замутненности атмосферы.

3. Поток рассеянной радиации  значительно увеличивается при  наличии светлых и относительно  тонких облаков, представляющих  собой хорошо рассеивающую среду. Особенно велико влияние облаков, освещаемых солнцем сбоку (высококучевых, кучевых). Под влиянием такой облачности  рассеянная радиация может увеличиваться  в 8-10 раз по сравнению с ее  приходом при ясном небе. При  сплошной облачности среднего  и особенно верхнего яруса  рассеянная радиация в 1,5-2 раза  больше, чем при ясном небе. Только  при очень мощной сплошной  облачности и при выпадении  осадков рассеянная радиация  меньше, чем при ясном небе.

4. Приход рассеянной радиации  зависит от характера деятельной  поверхности, в первую очередь  от ее отражательной способности, так как радиация, отраженная  от поверхности, вторично рассеивается  в атмосфере и часть ее вновь  попадает на поверхность, где  добавляется к первично рассеянной  радиации. Особенно заметно увеличивает  рассеянную радиацию снежный  покров, отражающий до 70-90% падающих  на него прямых и рассеянных  лучей. Чем меньше высота солнца, тем сильнее увеличивается рассеянная  радиация за счет вторичного  рассеивания. Так, снежный покров  увеличивает поток рассеянной  радиации на 65% при положении солнца  у горизонта и на 12% при высоте  солнца 50°.

5. С увеличением высоты над  уровнем моря рассеянная радиация  при ясном небе уменьшается, так  как уменьшается толща вышележащих  рассеивающих слоев атмосферы. Но  при наличии облаков рассеянная  радиация в подоблачном слое  атмосферы увеличивается с высотой.

Суточный и годовой ход рассеянной радиации при безоблачном небе параллелен ходу прямой радиации. Но утром рассеянная радиация появляется раньше, чем прямая. Затем по мере поднятия солнца над горизонтом она увеличивается, достигает максимума в 12 - 13 часов, после чего начинает уменьшаться и в момент окончания сумерек обращается в нуль. В годовом ходе максимум рассеянной радиации при ясном небе наблюдается в июле, минимум – в январе. Так же прост годовой ход рассеянной радиации при сплошной облачности. Однако описанный суточный и годовой ход рассеянной радиации сильно нарушается и усложняется при переменной облачности.

Суммы рассеянной радиации, приходящей на земную поверхность, за любой промежуток времени определяют по записи регистрирующих приборов или путем расчета по результатам наблюдений в отдельные сроки.

Суточные суммы рассеянной радиации в основном зависят от высоты солнца и продолжительности дня. Поэтому они растут с уменьшением широты и от зимы к лету. Большое влияние на приход рассеянной радиации оказывают прозрачность воздуха и облачность.

Рассеянная радиация играет особенно значительную роль в высоких широтах и в зимние месяцы. Это хорошо видно, например, из табл. 1, в которой наряду с суммами рассеянной радиации (∑ D) приведены для сравнения суммы прямой радиации (∑ S´), приходящей на горизонтальную поверхность.

Задача. Сколько энергии прямой солнечной радиации поступит за 1 минуту на 1 га горизонтальной поверхности при коэффициентах прозрачности (р) и углах солнца. Результаты привести в килоджоулях и киловатт-часах. Р=0,80; h0=30.

30*0,80/1000=0,024 кДж/кВт*ч

5.  От  каких факторов зависит промерзание  и оттаивание почв?

Глубина промерзания почвы зависит от термического режима зимы, высоты снежного покрова, влажности почв, угодий и ряда других факторов. Большое влияние на глубину промерзания оказывает высота снежного покрова.

Промерзание на полевых участках больше, чем налесных. При 0° почва не замерзает и сохраняет все свои физические свойства, как и при положительных температурах.

Так как вода в почве представляет собой раствор различных солей и кислот, то замерзает она при температурах, более низких, чем 0°. Температура замерзания определяется составом раствора и концентрацией солей: чем больше концентрация раствора, тем ниже температура замерзания почвы. Она может достигать —2° и ниже.

При замерзании почва изменяет свои физические свойства: становится твердой, меняет цвет. Внутри нее видны мелкие кристаллы льда; электросопротивление резко возрастает.

Толщину замерзшего слоя почвы измеряют мерзлотомером Данилина. В вертикально вкопанную в землю трубку-футляр опускают резиновую трубку с водой и о толщине замерзшего слоя почвы судят по длине столбика воды, замерзшей в трубке. Очевидно, такие измерения не могут быть точными. Вода в почве представляет собой раствор солей, имеющий иную точку замерзания, чем вода в трубке. Допускаемая при этом ошибка не постоянна.

Для действительного и точного определения глубины промерзания почвы необходимо брать пробы почвы буром, забирающим пробу внутрь.

Глубина промерзания почвы в большой степени зависит от рельефа. Возвышенный участок почвы промерзает глубже; наоборот, впадина, в которой лучше задерживается снег, промерзает гораздо меньше. Ровное место по глубине промерзания является промежуточным.

В начале зимы при отсутствии снежного покрова почва начинает замерзать. Дальнейший ход этого процесса зависит от наступления больших морозов, которые усиливают промерзание, и от нарастания снежного покрова, который замедляет промерзание. Таким образом, фактический ход промерзания почвы зависит от течения погоды.

Замерзание почвы всегда сопровождается поднятием ее, так как лед занимает больший объем, чем вода, из которой он образовался; смещение поверхности почвы на паровом поле за зиму может достигать 2—4 см, в зависимости от содержания воды в почве, глубины ее промерзания и степени рыхлости почвы.

Многократное поднятие почвы при замерзании, а также опускание ее при оттепели приводит к выпиранию растений и к отрыву корневой системы от надземной части растения.

К весне высота снежного покрова нарастает, а морозы ослабевают, поэтому промерзание почвы прекращается; наоборот, происходит оттаивание ее за счет тепла более глубоких слоев почвы; оно может дойти до поверхности.

5. Факторы, влияющие на интенсивность испарения с водных поверхностей и с почв.

Испарение с поверхности воды является то количество воды испаряющейся с единиц поверхности в единицу времени. Скорость испарения зависит от температуры, дефицита влажности, скорости ветра, атмосферного давления. При температуре испаряющей поверхности и дефицита влажности скорость испарения растет, а ветер усиливает испарение. Морская вода испаряется медленнее, чем пресная, особенно при высокой относительной влажности, скорость испарения с поверхности снега медленнее, чем с поверхности льда. 
Испарение с поверхности почвы зависит от метеоусловий, дефицита влажности, интенсивной радиации, влажностью почвы, структуры и механического состава, состоянием поверхности рельефа растительного покрова и других факторов. На испарение воды почвы оказывает влияние. Чем больше к испаряющей поверхности занимают грунтовые воды, тем больше испарение. Интенсивность зависит от рода поверхности. Гладкая поверхность испаряет влаги меньше, чем шероховатая. Большое влияние на испарение оказывает рельеф. Значительное испарение наблюдается на южных склонах.

Растения затрачивают большое количество влаги на испарение. Процесс испарения называется транспирацией. Она зависит от влажности воздуха. Чем влажнее воздух, тем меньше транспирация. На транспирацию влияют возраст, отдельные органы.

 Суточный и годовой ход  испарения. Наиболее резко суточный  ход выражен в теплое время  года. В зимние месяцы суточные  испарения проявляются очень  слабо. В годовом ходе наибольшие  величины испарения приходятся  в летнее время. В ночное время  транспирация сокращается в 10-15 раз  по сравнению в дневное время.

 Ядра конденсации. Для сгущения  водяного пара, кроме охлаждения  воздуха, необходимо присутствие  твердых, жидких и газообразных  частиц, на которых оседают молекулы  водяного пара при сгущении. Наиболее  активными ядрами являются гигроскопические  частицы (морские соли). Моря и  океаны являются постоянными  источниками ядер конденсации  водяного пара. Ядрами могут быть  частицы солей, попадающих с поверхности  пустынь и полупустынь. Могут  быть продукты горения (горение  торфяников, сухой травы, молекулы  гигроскопических газов). 
Первичные продукты сгущения водяного пара. Это капельки воды или капельки тумана и ледяные кристаллы. Водяной пар может переходить при низких температурах из газообразных в твердые частицы. Такое явление называется сублимацией, а ядра, на которые переходит пар, называются ядрами сублимации. Если конденсация водяного пара происходит у земной поверхности, то скопления продуктов конденсации образуют туманы. Туманы состоят из мельчайших капелек воды. 

Задача  1.  Рассчитать  показатели,  характеризующие  влажность  воздуха  по данным  измерений  станционным  психрометром.  Измеренные  величины: температура  воздуха  по  сухому  (t),  смоченному  (ti)  термометрам  и  давление воздуха.

Температура по сухому термометру, °С= 8,1

Температура по смоченному термометру, °С= 6,3

Давление воздуха, гПа=1013

Психрометр= Аспирационный

е =-11,3-0,00066*1013*(8,1-6,3)=-12,5

Задача.  Рассчитать  показатели,  характеризующие  влажность  воздуха  по данным  измерений  гигрометром.  Измеренные  величины:  температура  воздуха  и относительная влажность по гигрометру. Температура воздуха, ͦ С = -11,3 Относительная влажность = 75.

e= -11,3*75/100= -8,48

5. Как характеризуются скорость и направление ветра? Факторы, влияющие на скорость ветра.

 Ветер — движение воздуха в горизонтальном направлении. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду или в баллах (один балл приблизительно равен 2 м/с). Скорость зависит от барического градиента: чем больше барический градиент, тем выше скорость ветра.

От скорости зависит сила ветра. Чем больше разность атмосферного давления между соседними участками земной поверхности, тем сильнее ветер.

Шкала Бофорта — условная шкала для визуальной оценки силы (скорости) ветра в баллах по его действию на наземные предметы или по волнению на море.

Направление ветра определяется по той стороне горизонта, с которой он дует, например, ветер, дующий с юга, — южный. Направление ветра зависит от распределения давления и от отклоняющего действия вращения Земли.

Постоянные ветры Земли - пассаты и западные ветры — зависят от положения поясов атмосферного давления.

Задача. Рассчитать атмосферное давление на уровне моря.

Высота метеостанции=300 м

Давление воздуха, гПа= 973,2

Температура воздуха, °С=11

n=8000/973,2*(1+11)=98,6

P=300/98,6=3,04гПа

5.  Что  такое циклоны? Как они образуются, развиваются и перемещаются, каковы  их размеры и строение? Как  изменяется погода при прохождении  через  пункт северной и южной частей циклона? Чем объясняется преобладание в циклонах облачной с осадками погоды?

Циклон представляет собой вихрь в диаметре до 2000 км и более, высотой от 6...8 км до 10... 12 км. В центре его — пониженное атмосферное давление. Воздух в циклонах у поверхности земли стекается к середине, образуя систему круговых ветров против движения часовой стрелки в северном полушарии и по часовой — в южном. На направление движения воздуха в циклоне оказывает влияние отклоняющая сила вращения Земли вокруг своей оси. В центре этого огромного вихря воздух поднимается и, охлаждаясь, растекается на высоте. Водяные пары при этом конденсируются. Поэтому для циклонов характерна ненастная погода: зимой — большая облачность, снегопады, метели, некоторое потепление; летом —дожди, грозы, понижение температуры и усиление ветра. В синоптической практике при анализе карт погоды территория распространения циклона (антициклона) очерчивается замкнутыми кривыми линиями одинакового атмосферного давления — изобарами. Как правило, циклоны перемещаются с запада на восток. Движение это вызвано резкими изменениями не только атмосферного давления и ветра, но и температуры, влажности воздуха. 

Рисунок 2. Циклон

Отмечаются обильные осадки. Малые циклоны, объединяясь, могут образовать обширные глубокие циклоны, состоящие из масс холодного воздуха по всей своей толщине. Постепенно циклоны затухают. Такой процесс продолжается в течение нескольких дней. Обычно циклон длится от 1...2 до 5...7 суток.

Скорость движения его от 20...30 до 70...90 км/ч. В северном полушарии есть два района Мирового океана, где половину года господствуют циклоны. Первый район находится несколько южнее Исландии, а второй — вблизи Алеутских островов. Вообще на земном шаре циклоны часто возникают в одних и тех же районах. В северном полушарии эти районы находятся вблизи восточных берегов континентов. Зимой, например, такая особенность циркуляции атмосферы Земли обусловлена взаимодействием холодного континентального воздуха с теплым морским.  В зависимости от района зарождении циклоны называются средиземноморскими, балканскими, генуэзскими, амударьинскими и т. д. Циклоны, рождающиеся на юге и перемещающиеся затем к северу, принято называть южными, а циклоны северных морей, быстро перемещающиеся на юг — «ныряющими». На Украине наиболее сильные дожди и снегопады, как правило, обусловлены южными циклонами. Они же способствуют вторжению холодных арктических масс на континент.

5.  Что  такое микроклимат? Чем характеризуется  микроклимат под пологом леса, на вырубках и полянах?

Под пологом леса складывается специфический микроклимат, отличный от открытых территорий. Здесь более сумрачно, так как кроны деревьев пропускают мало света и почти нет движения воздуха. Конечно, сомкнутость крон деревьев в разных условиях бывает различной: то более, то менее плотной, да и сами деревья разных пород имеют разные по светопроницаемости кроны. У ясеня, березы, лиственницы, гледичии, белой акации кроны ажурные, пропускающие много одета даже при полной сомкнутости полога (то есть при полноте I), а такие породы, как дуб, бук, клен остролистный, липа, пихта, ильмовые, ольха и другие, являются плотнокронными и дают много тени. Впрочем, эти свойства пород могут меняться с возрастом деревьев, в зависимости от условий местопроизрастания, но в лесу всегда прохладнее и тише, чем на прилегающих полянах. Ветру здесь негде разгуляться, и в густых лесах наблюдается даже застой воздуха. Испарения растений создают повышенную влажность его. Под пологом деревьев в лесу изменяется состав воздуха, насыщаясь углекислотой, влагой и фитонцидами.

Задание. Произвести оценку термических ресурсов и условий увлажнения Выборги Ленинградской области.

Дата перехода температур через +17,6°С июль, осенью -8°С января. Суммы  активных  температур  за  остальные  месяцы  периода  активной вегетации рассчитываются умножением среднемесячных температур на число дней в месяце.

ГТК  2,0 —  избыточно  влажно, 1,0—2,0  —  удовлетворительное  увлажнение, 1,0—0,5 —засушливо, 0,5 — сухо.

Рисунок 3. График температур Выборги

Литература

1.  Струнников Э. А., Мамина Г. И. Условия образования заморозков и методы борьбы с ними. Методические указания к лабораторно-практической работе.— М.: ЛТА, 1996.

2.  Хромов С. П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. 6-е издание, переработанное  и  дополненное.  –  Издательство  Московского  университета, издательство «КолосС», 2004.

 3.  Хромов  С.  П.,  Мамонтова  JI.  И. Метеорологический  словарь.—  М.: Гидрометеоиздат, 1994.