- Сформировать представление о причинах закономерности изменения температуры воздуха в течение года.
- Развить умение построения графика годового хода температур
- Мативация значимости знаний данной темы в дальнейшей жизни
Оборудование: календари погоды, графики с годовым ходом температур за 3 года по Харабалинскому району Астраханской области, съемка с изображением уличного термометра, метеостанции, изотермическая карта.
Формы проведения урока: знакомство с новыми понятиями и определениями, беседа, формирующая знания о температуре воздуха, особенностях ее изменения и измерения, изучение термометра, его устройства и принципов работы выполнение практической работы по данным календаря погоды.
Термины и понятия: годовой ход температуры воздуха, амплитуда температур, средняя температура -месячная годовая.
Географические объекты: Харабалинский район.
Ход урока
1. Организационный момент
Учитель: Вот и прозвенел звонок начинать пора урок. Здравствуйте, садитесь.
Ежедневно из средств массовой информации мы слышим сводки погоды. Так каким же образом люди получают информацию о температуре воздуха? Давайте послушаем сообщение Оли. Учащаяся делает сообщение об уличном термометре (в момент сообщения на экране появляется его изображение). Оля рассказала о самом простом способе измерения температуры, однако, наиболее точные сведения о температуре воздуха получают на метеорологических станциях. У нас метеостанция располагается в районном центре – город Харабали. Основана она в 1922 году, в данный момент ее возглавляет Стопкина Надежда Николаевна.
Суть работы метеостанции заключается в следующем: ее работник не менее 4 раз в сутки снимает показания приборов, фиксирующих состояние тропосферы.
Дети, как вы думаете, с какой целью приборы на метеостанциях помещены в будки, стоящие на двух метровых ножках?
Ответы-рассуждения учащихся.
2. Изучение нового материала
– Открываем тетради – записываем число и тему урока “Годовой ход температуры воздуха”
Изменение температуры воздуха в течение года весьма значительно. В период длительных летних дней поверхность земли сильно нагревается, а за короткую ночь не успевает охладиться. Поэтому летом наблюдаются самые высокие температуры воздуха.
Ребята, почему апрель холоднее октября?
Ответы учащихся.
– Нам известен ряд причин колебания температур, значимой причиной колебания в течение года является угол падения солнечных лучей на земную поверхность. Чем более отвесно падают лучи, тем сильнее нагревается земная поверхность.
Как правило, отслеживают ход температур при помощи графика. На предыдущем уроке мы с вами научились строить графики суточного и месячного хода температур, на этом уроке мы научимся строить график годового хода температур. Дети, давайте вспомним, а как найти среднесуточную температуру воздуха?
Ответы учащихся.
– Для того чтобы построить график годового хода температур необходимо иметь среднемесячные температуры года, т.е. сумму среднесуточных температур за месяц делим на количество дней этого месяца.
А сейчас предлагаю закрепить полученные знания, выполнением небольшой работы. У каждого из вас имеются календари наблюдения за погодой, которые вы вели в домашних условиях самостоятельно. По имеющимся данным вычислите среднюю температуру ноября. А Миша выполняет эту работу на компьютере. По окончанию работы ребята смотрят на экран и проверяют свои работы. Дети как вы думаете, почему же у вас жителей одного села, существует разница, пусть и небольшая, в температуре воздуха?
Ответы-рассуждения ребят.
– Ребята и вновь прошу вашего внимания на экран. Перед вами график годового хода температур на разных широтах, видно, что на различных широтах характерна своя амплитуда температур. Давайте вспомним что такое суточная амплитуда температур.
Ответ учащихся.
– Годовой амплитудой температур называют разницу между самым холодным и самым теплым месяцем года.
Вернемся к нашему графику. Видно, что в северном полушарии самый жаркий месяц – июль, хотя наибольшая высота полуденного солнца бывает в июне. Зато холодный месяц-январь, несмотря на то, что ниже всего над горизонтом солнце стоит в декабре. Для годового хода температур, как и для суточного характерно запаздывание самых высоких и самых низких температур по сравнению с солнцестоянием над горизонтом, так как должно пройти время, прежде чем от солнечных лучей нагреется земная поверхность, а от нее воздух.
На данном этапе урока, предлагаю вам поработать метеорологами. На парте ребят, сидящих на первом ряду лежит листок с данными температур по Харабалинскому району за 2003 год, второго ряда 2004 год, третьего ряда 2005 год. Ваша задача, соответственно, построить график, по имеющимся данным, а затем вычисляем амплитуду температур для каждого года.
Проверяем работы, глядя на экран.
3. Итоги урока
Выставление оценок.
4. Домашнее задание
Задание по таблице 8, стр. 113 учебника составить график годового хода температур.
Вот и вновь звенит звонок,
Завершаем наш урок!
Урок закончен, всего доброго!
Под видимостью подразумевается дальность видимости, т.е. расстояние, на котором исчезают признаки наблюдаемого объекта определенных угловых размеров (неразличимы его очертания), а ночью становится неразличимым источник света определенной интенсивности (3). Различают горизонтальную и полетную видимость. На АМСГ определяется горизонтальная видимость.
Метеорологическая дальность видимости имеет суточный и годовой ход, который связан с содержанием в атмосфере продуктов конденсации водяного пара, пыли, дыма и других примесей, а также наличием зоны осадков.
Для выявления годового хода метеорологической дальности видимости по данным ежечасных наблюдений за период с 2002 по 2004 гг. была подсчитана для каждого месяца повторяемость видимости заданных пределов: менее 400 м, менее 800 м, менее 1500 м, менее 3000 м. В предел менее 3000 м вошли случаи с видимостью от 1500 до 3000 м, в предел менее 1500 м вошла градация от 800 до 1499 м, в предел менее 800 м вошли случаи с видимостью от 400 до 799 м, в предел менее 400 м вошли все случаи видимости 0 - 399 м. Расчеты представлены в таблице 1.6.
Из данных таблицы следует, что чаще всего ухудшение видимости в течение года происходит до значений 1500 м - 3000 м. Повторяемость этой градации равна 57.3 %. В два раза реже видимость изменяется в пределах от 800 до 1499 м, повторяемость этого предела - 23.7 %. Значительно меньшую повторяемость имеют пределы видимости менее 800 м (10,6 %) и менее 400 м (8,4 %).
По данным этой таблицы был построен график годового хода повторяемости видимости заданных пределов, представленный в приложении, а на рисунке 1.13.
Как следует из графика, наибольшая повторяемость видимости всех градаций приходится на холодный период. Исключение составляет видимость менее 400 м, которая имеет наибольшую повторяемость в теплый период. Максимум ее повторяемости имеет значение 1.5 % в августе.
Таблица 1.6 - Годовая повторяемость метеорологической видимости заданных пределов в аэропорту Кемерово, в процентах
|
Всего случ. |
||||||||||||||
|
Менее 400м |
||||||||||||||
|
Менее 800м |
||||||||||||||
|
Менее 1500м |
||||||||||||||
|
менее 3000м |
Максимум повторяемости для предела видимости менее 800 м приходится на март (1,6 %), для видимости менее 1500 м - на декабрь (4,8 %). Наибольшая повторяемость видимости менее 3000 м отмечается в январе и имеет значение 13,2 %.
Для выяснения суточного хода видимости был произведен подсчет наблюдений за видимостью в каждый час суток для каждого месяца и построены графики суточного хода (рисунки 1.14 - 1.25 приложения А).
В январе повторяемость видимости менее 400 м имеет очень маленькую повторяемость: 0,2 - 0.5 %. Видимость такого предела отмечалась лишь в отдельные часы суток:03 - 05 и 08, 10, 11, 14 часов. Повторяемость видимости менее 800 м мало отличается по значениям от повторяемости предыдущей градации, но имеет максимальную повторяемость чуть выше (0,7 %) в 07 и 13 часов. Видимость менее 800 м наблюдалась не в течение суток, а в отдельные периоды:01-03 часов, с 07 до 13 и в 18, 20 часов. Видимость менее 1500 м чаще всего наблюдается в дневные часы: с 03 до 06, максимальная повторяемость (1,7 %) приходится на 06 часов. В остальное время суток повторяемость видимости менее 1500 м невелика (0,2 - 0,5 %).Суточный ход повторяемости видимости менее 3000 м имеет несколько максимумов: 4,6 % (в 20 час.),4,1 % (в 01, 16 час.) и 3,9 % (в 11 час.). Минимум отмечается в 09 часов и равен 2,2 %.
В феврале видимость менее 400 м отмечалась в утренние часы с 21 до 03, а также в 10 и 15часов. Наибольшая повторяемость составляет 1,2 % в 23 часа. Повторяемость видимости менее 800 м имеет также невысокие значения: максимум 1.2 % в 08 часов, в остальное время повторяемость изменяется в пределах от 0,3 до 0,9 %. Ухудшение видимости менее 1500 и менее 3000 м происходит в любое время суток. Наибольшая повторяемость для предела менее 1500 м составляет 2,8 % (02, 04 часа), минимум (0,3 %) приходится на 14 часов. Повторяемость для видимости менее 3000 м достигает своего максимального значения (3,1 %) в 05, 13, 20, 22 часа. Минимальное значение - 1,2 % в 17 часов.
Наибольшая повторяемость для предела менее 1500 м составляет 2,8 % (02, 04 часа), минимум (0,3 %) приходится на 14 часов. Повторяемость для видимости менее 3000 м достигает своего максимального значения (3,1 %) в 05, 13, 20, 22 часа. Минимальное значение - 1,2 % в 17 часов.
В марте видимость менее 400 м наблюдалась только в период с 19 до 04 часов с повторяемостью от 0,4 % до 0,7 %. Максимум составляет 1,1 % в 02 часа. Не наблюдалось ни одного случая с видимостью менее 800 м в 10, 14 - 17, 19 часов. Наибольшая повторяемость видимости менее 800 м приходится на утренние часы с 01 до 04, максимальная повторяемость при этом в 04 часа составляет 1,9 %. В остальное время повторяемость имеет значения от 0,4 до 0,8 %. Видимость менее 1500 м не наблюдалась только в 14 часов. Повторяемость этого предела имеет выраженный суточный ход с максимумом (3,4 %) в 03 часа, минимумом (0,4 %) в 13, 15, 17 часов. Видимость менее 3000 м чаще наблюдается с 20 до 05 часов. Максимум повторяемости равен 3,8 % в 05 часов, минимум - 0,4 % в 10 часов.
В апреле предел видимости менее 400 м имеет несколько периодов изменения видимости в течение суток: с 21 до 05, с 08 до 09, с 13 до 17 часов. Наибольшая повторяемость равна 2,6 % в 21 час. Видимость менее 800 м наблюдалась в любое время суток, кроме 01, 02, 05 - 08, 23 часов. Наибольшую повторяемость имеет утром, максимум приходится на 00 часов (3,2 %), в остальное время повторяемость невелика (от 0,6 до 1,3 %). В суточном ходе повторяемости видимости менее 1500 м отмечается два максимума: 3,8 % в 00 часов и 2,6 % в 10 часов. Минимум повторяемости равен 0,6 %, не наблюдалась такая видимость в отдельные часы: 03, 12, 13, 17, 22. Повторяемость видимости менее 300 м существенно изменяется в течение суток: имеет три минимума (0,6 %) в 01, 11, 17 часов и несколько максимумов (3,8 %) в 05 часов, (3,2 %) в 03 часа, (2,6 %) в 00, 14, 18, 22 часа.
В мае за весь трехлетний период наблюдалось всего 14 случаев ухудшения видимости. Случаев ухудшения видимости менее 800 м не отмечалось вообще. Видимость менее 400 м и менее 1500 м с повторяемостью 7,1 % отмечалась соответственно в 22, 23часа и 06, 22 часа. Повторяемость видимости менее 3000 м имеет место в отдельные часы: 00, 01, 14 - 17, 19, 21 час, максимум приходится на 21 час и равен 14,2 %.
В июне ухудшение видимости происходит, в основном, в ранние утренние часы перед и во время восхода солнца. Повторяемость видимости менее 400 м с 19 до 00 часов имеет максимум 8,2 % в 21 и 23 часа, минимум (2 %) в 19 и 00часов. Видимость менее 800 наблюдалась только в 10, 12, 13, 19 - 23 часа с максимумом (6,1 %) в 22 часа. В остальные часы повторяемость имеет значения 2 - 4,1 %. Видимость менее 1500 м с повторяемостью 2 % отмечалась в отдельные часы: 07, 13, 19, 22, 23; в 00 часов повторяемость составила 4,1 %. Повторяемость предела видимости менее 3000 м в период с 23 до 06 часов имеет максимум 6 % (23 час.).
В июле ухудшение видимости до значений менее 400 м связано, в основном, с образованием туманов и наблюдается с 18 до 02 часов. Повторяемость видимости к восходу солнца увеличивается и достигает максимального значения 9 % в 22 часа. Минимальная повторяемость равна 1,3 % (02, 18 час.). Видимость менее 800 м отмечается в отдельные часы с небольшой повторяемостью от 1,3 % до 2,6 % в 00, 03, 06, 09, 18 - 20, 22 часа. Меньше всего случаев с видимостью менее 1500 м: их повторяемость составила 2,6 % в 17, 18 часов и 5,2 % в 22, 03 часа. Минимальная повторяемость равна 1,3 % в 00 часов. Повторяемость видимости менее 3000 м в большинстве случаев составляет 1,3 %. Увеличение повторяемости наблюдается в период с 18 до 22 часов. Максимум имеет значение 5,2 % в 20, 21 час.
В августе увеличивается повторяемость видимости менее 400 м по сравнению с другими градациями. Наибольшая повторяемость такой видимости составляет 6,4 % (в 18 - 20 и 00 час.), наименьшая - 1,3 % в 02, 03, 12, 15 часов. Повторяемость видимости менее 800 м принимает, в основном, значения 1,3 %. В 23, 05 часов она увеличивается до 2,6 %. Видимость менее 1500 м наблюдается еще реже, лишь в отдельные часы с повторяемостью 1,3 %:в 00, 14, 15, 21, 22 часов. Видимость менее 3000 м имеет максимальную повторяемость (5,1 %) в 22 часа.
В сентябре, как и в июле, августе наибольшую повторяемость в суточном ходе имеют пределы видимости менее 400 м и менее 3000 м. Максимум повторяемости первого предела равен 7,2 % (23 час.), второго предела - 5,8 % (23 час.). Ухудшение видимости до значений менее 800 м происходит во второй половине ночи и утренние часы. Повторяемость невелика- 1,4 % во все сроки. Еще реже отмечается видимость менее 1500 м. В 00, 01 час повторяемость достигает 2,9 %, в 17, 18, 22 - всего 1,4 %.
В октябре увеличивается временной период ухудшения видимости всех пределов. Повторяемость видимости менее 400 м имеет маленькие значения - 0,5 % в сроки наблюдений с 23 до 06 и 08, 10 - 13 часов. Максимальное значение (2,1 %) приходится на 01 час. Наибольшая повторяемость для видимости менее 800 м равна 1,6 % в 01, 06, 23 часа, в остальное время не превышает 0,5 - 1 %. Максимальная повторяемость видимости менее 1500 м невелика - 2,1 % (03 час.), преобладающая повторяемость -0,5-1,1 %. Суточный ход видимости менее 3000 м имеет очень неровный ход с несколькими максимумами: 3.7 % в 00,02,04,05часов и 3,3 % в 16,18 часов. облачность адвективный туман метеоусловие
В ноябре видимость менее 400м наблюдается редко: в 00,01,03,06 часов с небольшой повторяемостью (0.3 %). Повторяемость видимости менее 800м тоже невелика - 0,3-0,6 %, максимум равен 0,95 в 07,16,18,19 часов. Наибольшая повторяемость для видимости менее 1500м составляет 2,5% в 04 часа, наименьшая - 0,3 % в 01,13 часов. За счет выпадения осадков увеличивается повторяемость видимости менее 3000 м. Максимальное значение равно 4 % (17 час.), минимум - 1,2 % (14 час.).
В декабре видимость менее 400м имеет небольшую повторяемость - 0,2 %. Не отмечено случаев с такой видимостью в дневное время: с 05 до 12 часов и в 15,18 часов. Повторяемость видимости менее 800м изменяется в течение суток в небольших пределах от 0,2 до 0,7 % с максимумом 0,9 % в 01 час. В период 15-17 часов такой видимости не наблюдалось. Для видимости менее 1500 м максимальная повторяемость не превышает 2,5 % (04 час.), минимум равен 0,5 % (17 час.). Чаще всего в декабре видимость достигает значений 1500-3000 м. Наибольшая повторяемость имеет два максимума: 4 % (16 час.) и 3,3 % (02 час.). Минимум составляет 1,2 % (08 час.).
Степень покрытия небесного свода облаками называют облачностью. Облачность выражается в десятых долях покрытия неба (0-10 баллов). При облаках, полностью закрывающих небо, облачность обозначается числом 10, при совершенно ясном небе - 0. На метеостанциях облачность обычно определяют на глаз. Но существуют для этого и приборы в виде фотокамер с выпуклым полусферическим зеркалом. Принято отдельно оценивать общую облачность и количество нижних облаков, так как высокие и отчасти средние облака мало затеняют солнечный свет.
Облачность имеет большое значение для оборота тепла на Земле. Она отражает прямую солнечную радиацию и уменьшает её приток на земную поверхность, увеличивает рассеяние радиации, уменьшает эффективное излучение, меняет условия освещённости.
Суточный ход облачности на Земле сложен и в большой степени зависит от рода облаков. Внутримассовые слоистые и слоисто-кучевые облака, связанные с выхолаживанием воздуха от земной поверхности и со сравнительно слабым турбулентным переносом водяного пара вверх, имеют максимум ночью и утром.
Облака конвекции имеют отчетливо выраженный суточный ход. Они возникают в дневное время (максимальное прогревание суши) и исчезают к ночи. Поэтому над сушей в умеренных широтах летом наблюдаются два максимума облаков - утром и после полудня. В холодное же время года преобладает утренний максимум. В тропиках весь год преобладает послеполуденный максимум, так как важнейшим облакообразующим процессов является конвекция. Над морем облака конвекции и облака восходящего скольжения не имеют ясного суточного хода.
Годовой ход облачности различен в разных климатических зонах. В высоких и умеренных широтах над сушей максимум приходится на зиму, когда наиболее развита циклоническая деятельность, а минимум – на весну и лето, когда преобладают облака конвекции. Над морем в этих широтах различий в годовом ходе облачности между сезонами не наблюдается. Внутри континентов, где в зимнее время господствуют антициклоны, минимальная облачность наблюдается зимой, а максимальная летом.
В субтропиках, где летом господствуют антициклоны, на это время приходится минимум облачности, на зиму – максимум. В тропиках, в пассатной зоне – максимум облачности приходится на лето, минимум на зиму.
В географическом распределении облачности на Земле можно отметить следующие особенности. Над морем облачность больше, чем над сушей. В среднем для всего северного полушария она над морем - 5.6, над сушей - 4.8, для южного полушария - над морем 6.0, над сушей - 4.9 . Для всего Земного шара в целом облачность составляет 5.4, то есть поверхность Земного шара в целом закрыта облаками более чем наполовину. От самых высоких к субполярным широтам облачность растёт и достигает максимума в зоне 70-60° широты. Это связано с максимальным развитием циклонической деятельности в субполярных широтах. Затем к субтропикам облачность убывает и достигает минимума в зоне 30-20°. Этот минимум связан с субтропическими антициклонами. Далее к экватору облачность снова увеличивается: это зона пассатов с их кучевыми облаками и затем зона внутритропической конвергенции вблизи экватора, где развивается сильная конвекция.
Световые явления в облаках. Радуга.
С облаками в атмосфере связаны различные световые явления (гало, венцы, радуга), которые обусловлены отражением, преломлением и дифракцией света в каплях и кристаллах облаков.
В ледяных облаках верхнего яруса возникают явления гало . К ним относятся световые круги радиусом 22 или 46 угловых градусов, центры которых совпадают с центром солнечного или лунного диска. Круги бывают слабо окрашены в радужные цвета (красный внутри). Окрашивание гало объясняется преломлением света в шестигранных призматических кристаллах ледяных облаков, неокрашенные (бесцветные) формы – отражением света от граней кристаллов.
В тонких водяных облаках, состоящих из однородных капель (высококучевые облака) и закрывающих диск светила, за счет дифракции возникают явления венцов . Венцы возникают также в тумане около искусственных источников света.
Радуга наблюдается в том случае, если облака, из которых выпадает дождь, освещены солнцем и расположены против него. Радуга представляет собой дугу радиусом около 42°, окрашенную по внешнему краю в красный, по внутреннему - в фиолетовый, а между ними - в остальные цвета спектра. Дуга радуги является частью окружности, центр которой лежит на прямой, соединяющей центр солнечного диска с глазом наблюдателя. Если солнце стоит на высоте более 42° над горизонтом, то центр радуги лежит глубоко под горизонтом и радуги не видно совсем, если ниже - дуга радуги составляет почти полуокружность. Кроме основной радуги, иногда можно видеть более слабую дополнительную радугу радиусом около 50 0 с фиолетовым цветом по наружному краю, а в отдельных случаях возникают третья и четвертая радуги. Ширина и окраска радуги зависит от размеров капель. Радуга возникает при преломлении солнечных лучей при входе и выходе из капель, их отражении внутри капель и явлений дифракции на каплях.
Туман, дымка, мгла.
Воздух часто бывает замутнён вследствие наличия в нём различных примесей и мельчайших зачаточных продуктов конденсации. Примеси рассеивают проходящий свет, что приводит к ухудшению дальности видимости. Если помутнение невелико, оно называется дымкой. Помутняющими частичками являются микроскопические капельки и пылинки. Дымка наблюдается обычно у поверхности, распространяясь от неё на более или менее значительную высоту. При этом дымка ослабляет краски ландшафта и уменьшает видимость (дальность видимости от 1 до 10 км). Если диаметр помутняющих частичек меньше, чем длины световых волн, то есть измеряются в десятых долях микрометра, то дымка окрашивает отдалённые предметы в синий цвет, белые или светящиеся предметы приобретают желтоватую окраску. Такое помутнение называют опалесцирующим. При более значительных размерах помутняющих частиц дымка принимает белесоватый или сероватый оттенок.
Более крупные продукты конденсации и их большая концентрация у поверхности вызывают более значительное ухудшение видимости (дальность видимости становится меньше километра). В таких случаях говорят о тумане. При низких температурах туман состоит не только из жидких капелек, но и из кристалликов.
Если сильное помутнение вызвано не продуктами конденсации, а содержанием в воздухе большого количества твёрдых коллоидных частиц, явление носит название мглы. Мгла особенно часто наблюдается при пыльных бурях, лесных пожарах и над промышленными городами. При мгле относительная влажность может быть очень невелика, что отличает мглу от тумана. Дальность видимости при сильной мгле может уменьшаться так же, как при тумане.
Смог.
Очень неприятное и даже опасное явление представляет собой уменьшение прозрачности воздуха, связанное с антропогенными примесями и называемое смогом . Онвозникает в больших городах или индустриальных центрах. Сильные смоги могут приводить к серьёзным заболеваниям дыхательных путей и сердечно-сосудистой системы, иногда даже к смертельным случаям.
Смог возникает в определенных метеорологических условиях: отсутствие осадков, безветренная погода, температурная инверсия, сохраняющихся в течение нескольких дней. Эти условия препятствуют вертикальному и горизонтальному перемещению воздуха и его очищению от поступающих загрязнителей. В зависимости от географических условий выделяют 3 типа смога.
1. Ледяной смог. Он зафиксирован в полярном климате и возникает зимой, в условиях низких температур (t° < -35°С), когда Солнце поднимается не более чем на 4-5 часов, и практически отсутствует суточный ход температуры. Загрязнителем являются водяные пары искусственного происхождения, которые преобразуются в мельчайшие ледяные кристаллики (5-10 мкм в диаметре) и уменьшают дальность видимости до 10 м. К водяным парам примешивается двуокись серы и при окислении кислородом воздуха происходит образование серной кислоты. Впервые такой вид смога был отмечен в США в поселке Фербенкс на Аляске.
2. Смог лондонского типа возникает в условиях умеренного влажного климата в переходные сезоны, при сильных туманах и температуре воздуха, близкой к 0°С. Основные загрязнители - продукты сгорания торфа, нефти, угля. При образовании этого типа смога снижается видимость, быстро нарастает концентрация вредных веществ, воздух приобретает неприятный запах. В 1952 году в Лондоне при таком смоге погибло 4 тысячи жителей. Наиболее часто этот смог отмечают в Лондоне, Нью-Йорке, Брюсселе.
3. Фотохимический (Лос-Анджелесский ) смог характерен для субтропиков с жарким летом и высокими значениями солнечной радиации (свыше 2.0 Кдж/см 2 мин). Основными загрязнителями являются выхлопные газы. Под воздействием солнечной радиации и, прежде всего ультрафиолетовой ее части, происходят фотохимические преобразования выхлопных газов. Катализатором этих реакций является озон О 3 . Фотохимические преобразования угарного газа СО, соединений азота NO х, азотной кислоты НNО 3 приводят к образованию органических перекисей (фотооксидантов), по своей токсичности превосходящих исходные загрязнители. Фотохимический смог имеет белый цвет. В стабильных синоптических условиях дымовая шапка такого смога может сохраняться над городом до 270 дней.
Смог уменьшает количество солнечной радиации в городах на 30-40%, почти полностью препятствует проникновению ультрафиолетовой радиации. Интенсивный смог вызывает удушье, приступы бронхиальной астмы, аллергические реакции, раздражение глаз, повреждения растений, зданий.
Осадки. Формы осадков.
При определённых условиях из облаков выпадают осадки, то есть капельки или кристаллы настолько крупных размеров, что они уже не могут удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии. Наиболее известными и важными осадками являются дождь и снег. Однако имеется еще несколько видов осадков, отличающихся от типичных форм дождя и снега.
Как дождь, так и снег выпадают в основном из облаков восходящего скольжения и облаков конвекции. В зависимости от типа облачности характер выпадения осадков будет разный.
Из облаков восходящего скольжения (слоисто-дождевых, иногда с участием высоко-слоистых) выпадают обложные осадки - длительные осадки средней интенсивности . Они выпадают на больших площадях, сравнительно равномерно и достаточно продолжительно (часами и десятками часов). В умеренных широтах наибольший процент в общем количестве осадков приходится на обложные осадки.
Из кучево-дождевых облаков, связанных с конвекцией, выпадают ливневые осадки, интенсивные и мало продолжительные. Из слоистых, слоисто-кучевых облаков, типичных для тёплых устойчивых воздушных масс (волнистые облака) могут выпадать моросящие осадки, состоящие из очень мелких капелек или снежных зёрен.
По форме различают следующие виды осадков: дождь, морось, снег, крупа, снежные зёрна, ледяные иглы, ледяной дождь, град.
Дождь состоит из капель диаметром 5 мм-0,5 мм. При более значительных размерах капель они при падении разбиваются на части. В ливневых дождях капли значительно крупнее, чем в обложных, особенно в начале дождя.
Морось состоит из капель диаметром порядка 0.5-0.05 мм с очень малой скоростью падения, они легко переносятся ветром в горизонтальном направлении.
Снег состоит из сложных ледяных кристаллов (снежинок). Основная их форма - шестилучевая звезда. Размеры различны, - чаще всего порядка нескольких миллиметров. Снежинки при выпадении часто слипаются в хлопья. При температурах, близких к нулю, выпадает мокрый снег или снег с дождём. Для него характерны крупные хлопья.
Снежная и ледяная крупа выпадает из слоисто-дождевых и кучево-дождевых облаков. Она имеет вид округлых ядрышек диаметром 1 мм и больше. Крупа чаще всего наблюдается при температурах, близких к нулю.
Снежные зёрна выпадают из слоистых облаков зимой вместо мороси. Они имеют диаметр менее 1 мм и напоминают манную крупу.
Из облаков нижнего и среднего яруса при низких температурах выпадают ледяные иглы (кристаллы в виде шестиугольных призмочек) и ледяной дождь (прозрачные ледяные шарики от 1 до 3 мм в диаметре). При значительных морозах ледяные иглы возникают у самой поверхности Земли и хорошо видны, когда, отражая солнечные лучи, сверкают своими гранями; ледяной дождь свидетельствует о наличии инверсии температуры.
Летом, в достаточно жаркую погоду, иногда выпадает град - крупные кусочки льда неправильной формы размером от горошины до 5-8 см в диаметре. Вес градин в отдельных случаях достигает 300 г. Для образования градин необходима большая водность облаков, поэтому град выпадает в теплое время года при высоких температурах у земной поверхности. Наиболее часты выпадения града в умеренных широтах, а наиболее интенсивны - в тропиках. Град выпадает из кучево-дождевых облаков при грозах, как правило, вместе с ливнем.
Осадки любых видов выпадают из облаков только в том случае, когда хотя бы часть элементов, составляющих облако, по каким-то причинам укрупняется. Тогда облачные элементы становятся настолько тяжелыми, что преодолевают сопротивление воздуха и выпадают в виде осадков. Укрупнение может происходить по следующим причинам: в результате слияния отдельных капель, в результате сублимации кристаллов, т.е. перегонки водяного пара с капелек на кристаллы. Последний способ дает обильные осадки.
Измерение количества осадков осуществляется дождемерами и самопищущими приборами - плювиографами.
Количество осадков, выпавшее в каком-либо месте за определенный период времени, измеряется в мм слоя выпавшего осадка. Твердые осадки выражают слой воды, который они бы образовали, растаяв.
Для характеристики климата используют многолетние средние значения количества (суммы) осадков по месяцам и за год. Кроме того, важным бывает знать среднее число дней с осадками за месяц, год и ряд других характеристик.
Законы Фурье
1. Период колебаний температуры не изменяется с глубиной
. Это значит, что не только на поверхности, но и на глубинах остается суточный ход с периодом в 24 часа между каждыми двумя последовательными максимумами или минимумами и годовой ход с периодом в 12 месяцев.
2. Возрастание глубины почвы в арифметической прогрессии приводит к уменьшению амплитуды колебания температуры в геометрической прогрессии
. Так, если на поверхности суточная амплитуда равна 30°, а на глубине 20 см – 5°, то на глубине 40 см она уже будет менее 1°.
На некоторой сравнительно небольшой глубине суточная амплитуда убывает до нуля. На этой глубине (около 70-100 см) начинается слой постоянной суточной температуры. Амплитуда годовых колебаний температуры уменьшается по тому же закону. Однако годовые колебания распространяются до большей глубины. Амплитуды годовых колебаний убывают до нуля в средних широтах на глубине около 15-20 м. На этих глубинах начинается слой постоянной годовой температуры.
3. Сроки наступления максимальных и минимальных температур как в суточном, так и в годовом ходе запаздывают с глубиной пропорционально ей
. Суточные экстремумы на каждые 10 см глубины запаздывают на 2,5-3,5 часа. Это значит, что на глубине, 50 см суточный максимум наблюдается уже после полуночи. Годовые максимумы и минимумы запаздывают на 20-30 дней на каждый метр глубины.
4. Глубины слоев постоянной суточной и годовой температуры относятся между собой как корни квадратные из периодов колебаний
, то есть как 1:3650,5. Это значит, что глубина, на которой затухают годовые колебания в 19 раз больше, чем глубина, на которой затухают суточные колебания.
Законы Фурье достаточно хорошо подтверждаются наблюдениями. С различиями в годовом ходе температуры на разных глубинах связано распределение температуры в почве по вертикали в разные сезоны. Летом температура от поверхности почвы в глубину падает; зимой растет; весной она сначала растет, а потом убывает; осенью сначала убывает, а затем растет.
Замерзание почвы происходит при отрицательной температуре. Почвенная влага содержит различные соли, поэтому почва замерзает не при 0°С, а при -0,5 – -1,5°С. Промерзание начинается с верхних слоев и в течение зимы распространяется в глубь.
Глубину промерзания почвы обусловливают
: 1) суровость и продолжительность зимы; 2) высота снежного покрова; 3) растительный покров; 4) тепловые свойства почвы; 5) влажность почвы. Весной промерзший слой почвы оттаивает сверху под влиянием прогрева поверхности, а также и снизу за счет прихода тепла от нижележащих слоев.
Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word
Суточные и годовые изменения температуры связаны с изменениями компонент теплового баланса, а также с теплом, переносимым течениями и вертикальным обменом вод. В ходе температуры на поверхности океанов и морей проявляются главным образом суточные и годовые колебания радиационной компоненты теплового баланса. Однако накопление и расходование тепла морем запаздывает относительно максимума и минимума температуры воздуха. Наивысшие температуры воды на поверхности наблюдаются после полудня, около 14-16 часов, а наинизшие -около 4-8 часов утра.[ ...]
Изменение запасов тепла в деятельном слое моря в течение суток сравнительно невелико, так как в дневные часы при повышении прихода тепла за счет радиации и теплообмена с атмосферой нагревание воды ослабляется потерей тепла на испарение, а ночью конденсация влаги на поверхности моря уменьшает охлаждение. Наконец, высокая теплоемкость воды способствует сглаживанию темпертуры при изменении запасов тепла в течение суток. Поэтому суточная амплитуда температуры на поверхности воды океанов и морей невелика и значительно меньше суточных амплитуд температуры воздуха
В среднем суточные колебания, т. е. разница между максимальными и минимальными значениями температуры воды на поверхности, не превышают 0,2-0,3° С, а в высоких широтах 0,1° С, т. е. температура воды остается почти постоянной. Наибольшие суточные колебания наблюдаются в тропиках, где в тихую погоду они достигают 1°С. Суточные колебания температуры летом больше, чем в зимние месяцы.
Годовой ход температуры воды на поверхности океанов и морей выражен более отчетливо, чем суточный. Сезонные изменения температуры в течение года тоже связаны с изменениями элементов теплового баланса. В годовом периоде наивысшие и наинизшие температуры поверхностных вод, подобно тому как это происходит в суточном ходе, наступают несколько позже моментов наступления максимальных и минимальных температур воздуха. В северном полушарии наиболее высокие температуры за год наблюдаются в августе, наинизшие - в феврале, в южном - наоборот.
Годовые колебания температуры поверхностных вод значительно превосходят суточные, так как в течение года (от месяца к месяцу) изменяется соотношение между приходом и расходом тепла. Годовые колебания зависят и от широты места, так как в течение года с широтой изменяются различия в нагревании и охлаждении поверхностных вод (табл. 12)
Суточные колебания температуры отмечаются до глубины 25- 30 м. В некоторых районах при наличии поверхностного однородного слоя они могут распространяться и на большие глубины (до 50 м). Годовые колебания могут прослеживаться до глубины 300- 400 м. Крайние значения температуры в течение года на глубине 200 м отмечаются на 3-3,5 месяца позднее, чем на поверхности. Ниже 500 м суточные и годовые колебания температуры почти отсутствуют. На основании 20 наблюдений в южной части Атлантического океана в 1943 г. было установлено, что средняя разность температуры на глубине 2000 м равна 0,06° С, а на 3000 м - 0,04° С. Колебания температуры воды от года к году зависят от изменений элементов теплового баланса, которые в значительной степени определяются многолетними климатическими колебаниями, связанными с изменениями солнечной активности и другими геофизическими явлениями.
Большое значение в многолетних и межгодовых колебаниях температуры имеют изменения интенсивности теплых и холодных течений и смещения их в пространстве. Межгодовые колебания температуры воды бывают наибольшими во фронтальных зонах океанов (см. стр. 164), а наименьшими в тропических и полярных областях. По мере удаления от тропиков к областям умеренных широт они увеличиваются.
Различие в тепловых условиях воды и суши очень велико . Колебания температуры на поверхности суши значительнее, чем на поверхности гидросферы. Вообще нагревание воды идет очень медленно, но зато медленно происходит и остывание; суши - наоборот. Почему же такая разница в условиях нагревания?
Во-первых, на суше нагревание испытывает только самый верхний слой земли близ поверхности. Дальше в глубину теплота может распространяться только путем теплопроводности, т. е. очень неглубоко.
В воде же солнечные лучи непосредственно проникают на большую глубину; видимые лучи, как мы знаем, до глубин 50-70 м и нагревают не только поверхностные, но и нижележащие слои.
Во-вторых, когда солнечные лучи нагревают воду, то часть воды испаряется, и при этом расходуется часть теплоты; нагреванию воды мешает и то, что солнечные лучи отражаются от зеркальной поверхности воды. Кроме того, волнение перемешивает воду и не дает нагреваться одному поверхностному слою, а полученное тепло распределяется на ряд слоев.
Но важнейшее значение имеют в тепловом различии суши и моря неодинаковая теплоемкость и конвекционные токи.
Теплоемкость (количество тепла, нужное для нагревания 1 г вещества на 1° воды или земли очень различна. Теплоемкость пресной воды при температуре 4° и нормальном давлении в 760 мм равна 1, теплоемкость же воды средней для океана солености 0,93, а теплоемкость горных пород, составляющих поверхность суши, колеблется от 0,2 до 0,6. Вследствие этого, чтобы нагреть воду на одинаковое число градусов, надо затратить много больше тепла. Процесс остывания обратен процессу нагревания, поэтому остывание воды тоже происходит медленно, и чтобы температура воды понизилась на 1°, надо у нее отнять гораздо больше тепла, чем у суши.
На процесс нагревания и остывания воды громадное влияние оказывают далее конвекционные токи, перемещающие частицы воды так, чтобы внизу располагались слои наибольшей плотности, а на поверхности - более легкие. В пресной воде наибольшая плотность бывает при 4°. Поэтому в озерах большой глубины температура на дне всегда близка к 4°. Что касается соленой воды, то ее температура наибольшей плотности различна в зависимости от количества соли, при этом иногда температура наибольшей плотности может быть ниже температуры земерзания.
Следовательно, в пресной воде при остывании до 4° вода делается все плотнее, и поверхностные более тяжелые слои погружаются, а из-под низа выступают более легкие. Только после того, как вся толща воды от поверхности до дна получила одинаковую температуру 4°, дальнейшее остывание распространяется лишь на поверхностные слои, которые и замерзают, тогда как в глубине температура остается равной 4°.
Если бы земной шар был весь покрыт морем или, наоборот , его поверхность представляла бы только сушу, то изотермы располагались бы параллельными кругами, и температура правильно убывала бы от экватора к полюсам.
До 45° широты материковый климат теплее морского, под 45° широты оба климата по общему количества тепла одинаковы, а в более высоких широтах, наоборот, морской климат теплее материкового. Такое распределение температуры будет понятно, если мы примем во внимание, что в низших широтах имеет наибольшее значение летнее нагревание, и потому перевес в температуре остается за сушей. В высших широтах средняя годовая температура местности зависит, главным образом, от остывания поверхности во время зимы, а оно, как мы знаем, происходит гораздо быстрее на суше, чем на воде. Теперь мы видим, какое огромное значение в климатическом отношении имеет то или иное распределение суши и моря; если бы мы имели все материки расположенными близ экватора, а моря - в полярных странах, то этим смягчался бы суровый климат севера, но на материках температура была бы очень высока.
На самом деле мы видим неправильное чередование моря и суши, при этом в некоторых местах материки расширяются, в других суживаются. Это вносит большое разнообразие в распределение годовых температур и обусловливает изгибы изотерм.
Рассматривая карту годовых изотерм, мы убеждаемся, что наиболее теплые места на земле находятся в северном полушарии, и что термический экватор смещен к северу от географического экватора. Самые теплые места лежат в Сахаре (температура выше 30°); подобные же центры нагревания находятся в Индостане и на севера Мексики.
Следовательно, северное полушарие в среднем за год теплее южного, а причина этого заключается в большем расширении материков в низких широтах северного полушария. То обстоятельство, что наиболее теплые страны расположены не на экваторе, а около тропика Рака, объясняется, кроме расширения материков, еще присутствием в этих широтах каменистых и песчаных пустынь, лишенных растительного покрова. На экваторе в летнее время выпадает много осадков, и облачность ослабляет нагревание поверхности земли. Кроме того, богатая растительность в свою очередь защищает поверхность земли от непосредственного нагревания, тогда как в пустынях поверхность нагревается и отдает путем лучеиспускания и теплопроводности свою теплоту нижним слоям воздуха.
Ярусность проявляется в вертикальном строении всех геосфер. На суше по характеру рельефа выделяют ярусы низменных равнин, низкогорный, среднегорный и высокогорный. Ярусность атмосферы проявляется в высотном изменении температур, влажности и давления воздушных масс. Не менее отчетлива ярусность Мирового океана, наблюдаемая в подразделении водной толщи в соответствии со свойствами слагающих ее водных масс. Она согласуется с условиями обитания гидробионтов, создавая известные батиметрические зоны водных бассейнов.
Глобальная асимметрия является следствием неравномерного распределения различных масс вещества и их разных состояний. Главная особенность строения земной поверхности - асимметрия в распределении материковых и океанических масс: суша концентрируется преимущественно в Северном полушарии, где она занимает 39%, в Южном полушарии на ее долю приходится всего 19 % (рис. 6.1). Асимметрия Северного и Южного полушарий в распределении материков и океанов проявляется в асимметричности типов земной коры, географических зон, высот и глубин (рис. 6.2). Среди других примеров асимметрии планеты С.В. Калесник называет: полярную асимметрию Земли, асимметрию фигуры Земли, планетарные распределения барического поля и систем ветров, температуры воздуха, воды, океаническую циркуляцию, асимметрию криогенных областей
5- Ветровые волны Трудно себе представить абсолютно спокойную гладь океана. Штиль - полное безветрие и отсутствие волн на его поверхности - большая редкость. Даже при тихой и ясной погоде на поверхности воды можно увидеть рябь. И эта рябь, и бушующие пенные валы рождены силой ветра. Чем сильнее дует ветер, тем выше волны и больше скорость их движения. Волны могут перемещаться на тысячи километров от того места, где они возникли. Волны способствуют перемешиванию морских вод, обогащению их кислородом. Наиболее высокие волны наблюдаются между 40° и 50° ю. ш., где дуют самые сильные ветры. Эти широты моряки называют штормовыми или ревущими широтами. Районы возникновения высоких волн расположены также у американских берегов вблизи Сан-Франциско и Огненной Земли. Штормовые волны разрушают береговые постройки.
Цунами Самые высокие и разрушительные волны цунами. Причина их возникновения - подводные землетрясения. В открытом океане цунами незаметны. У побережья длина волн сокращается, а высота растёт и может превышать 30 метров. Эти волны приносят бедствия жителям прибрежных территорий.
Океанические течения В океанах образуются мощные водные потоки - течения. Постоянные ветры вызывают поверхностные ветровые течения. Некоторые течения (компенсационные) возмещают убыль воды, двигаясь из районов её относительного избытка. Течение, температура воды которого выше температуры окружающих вод, называют тёплым, если ниже - холодным. Тёплые течения переносят более тёплые воды от экватора к полюсам, холодные - более холодные воды в противоположном направлении. Таким образом, течения перераспределяют тепло между широтами в океане и оказывают существенное влияние на климат прибрежных территорий, вдоль которых они несут свои воды. Одно из самых мощных океанических течений - Гольфстрим. Скорость этого течения достигает 10 километров в час, и оно перемещает 25 миллионов кубических метров л воды за каждую секунду. Приливы и отливы Ритмические поднятия и опускания уровня воды в океанах называют приливами и отливами. Причина их возникновения - действие силы притяжения Луны на земную поверхность. Два раза в сутки пода поднимается, покрывая часть суши, и два раза отступает, обнажая прибрежное дно. Энергию приливных волн люди научились использовать для получения электричества на приливных электростанциях.
Тече́ние (водоёмов) - перемещение водных масс в водоёмах (морях, озёрах, водохранилищах). Основными видами течений являются: сточные (иногда именуются стоковыми), ветровые, конвекционные.
Сточные течения связаны с поступлениями водных масс из притоков и выходом их через замыкающий створ. Та часть сточного течения, которая проходит без потерь через какой-либо участок водоёма, называется транзитным течением. Сточные течения имеют место при наличии продольного уклона, то есть они осуществляются под действием градиента гидростатического давления, поэтому их можно называть градиентными.
Ветровые течения
Ветровые течения формируются под влиянием ветра, при этом течения, направленные в сторону ветра и охватывающие нередко только поверхностные слои водоёма, именуются дрейфовыми. Обратные компенсационные течения, осуществляющиеся под влиянием перекоса водной поверхности (сгонно-нагонной денивеляции), также называются градиентными (или градиентными ветровыми); они чаще всего охватывают придонные слои водоёма. При наличии на одной вертикали дрейфового течения и градиентного противотечения говорят о смешанном течении. Течения, связанные с различием атмосферного давления в отдельных частях водоёма, также называются градиентными.
Конвекционные течения
Конвекционные течения вызываются плотностной неоднородностью водных масс. Если на значительных участках водоёма создаётся устойчивая плотностная неоднородность, приводящая к возникновению продольного градиента давления, то образуются устойчивые компенсационные течения, носящие характер градиентных. Вертикальная плотностная неоднородность приводит к вертикальной конвекции, осуществляющей перенос в виде отдельных порций (вихрей) более плотных объёмов воды вниз ко дну, более лёгких - вверх. Плотностная неоднородность может быть связана с термической неоднородностью водных масс и различием концентрации растворенных или взвешенных веществ (донные тяжёлые потоки).
Течения, наблюдаемые у берегов водоёмов, могут быть выделены под общим названием прибрежных и классифицированы на вдольбереговы́е, нормальные (к береговой линии) и комплексные, имеющие продольную и нормальную составляющие. Нормальная составляющая течения, направленного к берегу, всегда вызывает обратное нормальное противотечение. В формировании прибрежных течений существенную роль играют ветровые волны, трансформирующиеся и разрушающиеся при подходе к берегу и передающие при этом часть своей энергии течению.
Причины океанических течений Тем не менее на сегодняшний день известны следующие причины океанических течений: 1. Космическое воздействие. Это самый интересный и одновременно сложный для изучения процесс. В данном случае течение обуславливается вращением Земли, воздействием на атмосферу и гидрологическую систему планеты космических тел и т. д. Яркий пример - приливы. 2. Воздействие ветра. Циркуляция вод зависит от силы и направления воздушных масс. В редких случаях можно говорить о глубинных течениях. 3. Разность плотностей. Потоки образуются благодаря неравномерному распределению солености и температуры водных масс.
Атмосферное воздействие В мировой акватории такого рода влияние обуславливается давлением неоднородных масс. Вкупе с космическими аномалиями потоки воды в океанах и более маленьких бассейнах изменяют не только свое направление, но и мощность. Особенно это заметно в морях и проливах. Ярким примером может служить Гольфстрим. В начале своего пути он характеризуется повышенной скоростью.Во Флоридском проливе Гольфстрим разгоняется одновременно и противными, и попутными ветрами. Такое явление образует цикличное давление на слои бассейна, разгоняя поток. Отсюда в определенный период времени происходит значительный отток и приток большого количества воды. Чем слабее давление атмосферы, тем выше прилив. Когда уровень воды понижается, уклон Флоридского пролива становится меньше. Из-за этого значительно уменьшается скорость течения. Таким образом, можно сделать вывод, что повышенное давление снижает силу потока.
Воздействие ветра Связь между потоками воздуха и воды настолько крепка и одновременно проста, что ее тяжело не заметить даже невооруженным взглядом. Издавна мореплаватели умели рассчитывать подходящее океаническое течение. Это стало возможным благодаря работам ученого В. Франклина о Гольфстриме, датируемым 18 веком. Спустя несколько десятилетий А. Гумбольдт указал именно ветер в списке главных воздействующих на водные массы посторонних сил.С математической точки зрения теорию обосновал физик Цепприц в 1878 году. Он доказал, что в Мировом океане происходит постоянная передача поверхностного слоя воды на более глубинные уровни. При этом главной воздействующей на движение силой становится ветер. Скорость течения в этом случае убывает пропорционально глубине. Определяющим условием постоянной циркуляции вод является бесконечно долгое время действия ветра. Исключением считаются лишь пассатные потоки воздуха, которые обуславливают движение водных масс в экваториальной полосе Мирового океана посезонно
Разность плотностей Воздействие данного фактора на водную циркуляцию является важнейшей причиной течения в Мировом океане.. Неоднородность плотностей водных масс является результатом действия сразу нескольких факторов. Они всегда существовали в природе, представляя собой непрерывную гидрологическую систему планеты. Любое отклонение температуры воды влечет за собой изменение ее плотности. При этом всегда наблюдается обратно пропорциональная зависимость. Чем выше температура, тем ниже плотность. Также на разность физических показателей влияет агрегатное состояние воды. Замерзание или испарение увеличивает плотность, выпадение осадков – ее уменьшает. Воздействует на силу течения и соленость водных масс. Она зависит от таяния льдов, осадков и уровня испарения. По показателям плотности Мировой океан достаточно неравномерен. Это касается и поверхностных, и глубинных слоев акватории.
Касаемо океанических течений , то здесь их направления напрямую зависит от силы вращения земли, причем в Северном полушарии в направлении - на право, и в Южном наоборот, - налево. Из других факторов, которые могут влиять на течения в океане, это и очертания дна и берегов.
Значение - Формирование климата за счет переноса высоких и низких температур из экваториальной или в экваториальную зоны Земли.