Метеорологические величины и атмосферные явления.

Понятия о погоде и климате.

Для характеристики разнообразных физических процессов, непрерывно меняющих состояние атмосферы, используются метеорологические величины и атмосферные явления.

К основным метеорологическим величинам относятся: температура, давление, плотность и влажность воздуха; скорость и направление ветра; количество, высота и толщина облаков; интенсивность осадков, метеорологическая дальность видимости, водность туманов, облаков и осадков, потоки лучистой энергии и тепла и др.

К атмосферным явлениям относятся: различные виды осадков, туманы, грозы, гололедно-изморозевые отложения, пыльные и песчаные бури, полярные сияния и т.д.

Особенностью метеорологических величин и явлений состоит в их непрерывном и достаточно быстром изменении во времени и пространстве. Непрерывно изменяющееся состояние атмосферы, характеризуемое в определенный момент времени совокупностью метеорологических величин и явлений называется погодой. При этом можно определять погоду в определенной точке пространства, в том или ином районе, городе, по маршруту, трассе и т.д.

С понятием погода связано понятие климат. Климатом называется средний за многолетний период режим условий погоды, характерный для данной местности. Климат, в отличии от погоды, обладает относительной устойчивостью и является важной физико-географической характеристикой местности.

Погода и климат характеризуются определенным сочетанием метеорологических явлений и величин. Они относятся к важнейшим элементам окружающей природной среды, в которой протекает жизнь и хозяйственная деятельность человека.

Сведение о фактическом состоянии атмосферы, о явлениях, происходивших в ней в прошлом и прогнозирования того, что ожидается в будущем, называются метеорологической информацией.

Значение метеорологии для практической деятельности человека.

Физическое состояние атмосферы в большой степени влияет на все виды деятельности человека, а в некоторых случаях является решающим фактором. В наибольшей зависимости от атмосферных процессов находятся сельское и водное хозяйства, авиация, мореплавание, рыболовство, все виды транспорта; энергетика, строительство, коммунальное хозяйство, здравоохранение и др.

Ущерб, который наносят народному хозяйству наводнения, засухи, бури, лавины, заморозки, градобития, пыльные бури, сели, метели, снежные заносы, гололед, туманы, трудно подсчитать. На борьбу с этими явлениями затрачиваются крупные денежные средства. Из-за неблагоприятной погоды большие убытки несет транспорт, особенно авиация.

В практической деятельности используются как благоприятные погодные условия, так и учитываются неблагоприятные, для того чтобы, применяя соответствующие меры борьбы, ослабить причиняемый ими вред.

Своевременное предупреждение соответствующих народнохозяйственных организаций и населения о возникновении опасных явлений позволяет значительно уменьшить ущерб от них, а иногда предотвратить человеческие жертвы.

Контрольные вопросы

1. Что изучает метеорология?

2. Что является основной задачей метеорологии?

3. Какие практические задачи выполняет метеорология?

4. Что относится к метеорологическим величинам?

5. Что такое метеорологические явления?

6. Что такое погода?

7. Что такое климат?

8. Какое значение имеет метеорология для практической деятельности человека?

Тестовые вопросы

1. Предметом изучения метеорологии является:

A. Атмосфера. B.Геосфера. C. Биосфера. D. Литосфера

2. Техники метеорологи на различных метеорологических пунктах обеспечивают народное хозяйство:

A. Прогнозами погоды. B. Метеорологической информацией.

C. Информацией о землетрясениях. D. Информацией о полетах самолетов.

3. К метеорологическим величинам относится:

A. Гололед B. Температура. C. Дождь D. Иней.

4. Метеорологическое явления, это:

A. Температура. B. Влажность. C. Гроза. D. Давление.

5. Физическое состояние атмосферы в определенный момент времени, характеризуемое метеорологическими величинами и атмосферными явлениями, называется:

A) Физический процесс B) Химический процесс C) Погода D) Информация 6. Средний за многолетний период режим условий погоды, характерный для данной местности, это:

A. Климат. B. Химический процесс.C. Погода. D. Физический процесс

7. Основным источником энергии для всех природных процессов, происходящих на поверхности Земли и в атмосфере, это:

A. Космические лучи. B. Звезды C. Тепловое излучение Земли. D).Солнце

8. Метеорологической величиной не является:

A. Температура. B. Туман. C. Давление воздуха. D. Влажность воздуха.

9. К метеорологическим явлениям не относится:

A. Температура. B. Туман. C. Гроза. D.Осадки.

10. Из-за неблагоприятных погодных условий погоды большие убытки несет:

A. Радио. B. Авиация. C. Телевидение. D. Частный сектор.

Глоссарий

На русском языке	На казахском языке	На английском языке
Метеорология	Метеорология	Meteorology
Явления	Құбылыстар	Phenomena
Погода	Күн райы	Weather
Климат	Ауа райы	Climate
Метеорологическая величина	Метеорологиялық Көлемі	Meteorological variables

Темы СРС:

Влияние метеорологических условий на отдельные отрасли народного хозяйства, (Л1), стр. 7-9, интернет-сайт Росгидромета, Казгидромета.

Темы СРСП:

Организация метеорологических наблюдений в РК, интернет-сайт Казгидромета.

Основная литература

1. С.П. Хромов, М.А. Петросянц, Метеорология и климатология, М, Иэд-во «Наука», 2006

Дополнительная литература

1. И.И. Гуральник, Г.П. Дубинский, В.В. Ларин, С.В. Мамиконова, Метеорология, Л, изд-во ГМИ, 1982

2. Наставления ГМС и постам, часть I, Алматы, Казгидромет, 2002

Лекции № 2.

Состав и строение атмосферы. Состав атмосферного воздуха.

Вертикальное расслоение атмосферы

Состав атмосферного воздуха

Состав нижних слоев атмосферы

Воздух представляет собой механическую смесь многих газов, основными из которых, входящих в атмосферу, являются азот, кислород и аргон. В небольших количествах в воздухе содержатся гелий, неон, криптон, ксенон, водород и др. В результате распада радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре, в атмосферу проникают радиоактивные газы радон, торон и актинон, которые в течение определенного времени (от нескольких секунд до нескольких суток) распадаются. Продукты их распада присоединяются к пылинкам, взвешенным в воздухе, или возвращаются на землю в виде тяжелых металлов – висмута и свинца. В переменном количестве в воздухе постоянно присутствуют водяной пар, углекислый газ, озон, аммиак, метан, различные окислы азота и т.д.

В атмосфере во взвешенном состоянии находятся жидкие и твердые частицы: капли воды, кристаллы льда, пылинки. Воздух без водяного пара является сухим. Состав сухого очищенного от взвешенных частиц воздуха является одинаковым на всем земном шаре и остается постоянным до высоты примерно 25 км. В нем содержится (по объему): азота 78,09%, кислорода 20,95%, аргона – 0,93%. Все остальные газы, входящие в состав сухого воздуха, составляют не более 0,03% его объема.

Газовый состав атмосферного воздуха оставался неизменным до тех пор, пока резко не возросла производственная деятельность человека, главным образом добыча и сжигание каменного угля, нефти и природного газа. Изменение нормальных уровней концентрации загрязняющих веществ может привести (в ряде случаев уже приводит) к отрицательным климатическим, медико-биологическим и экономическим последствиям.

Водяной пар содержится в нижних слоях атмосферы, занимает по объемуот 0.1 до 4% и количество его в значительной степени зависит от характера земной поверхности и воздушных течений. Основной причиной попадания водяного пара в атмосферу является испарение влаги с поверхностей воды, суши, растительного покрова и в небольших количествах – со снежного и ледяного покровов. Кроме того он выделяется при дыхании живых организмов, вулканических извержениях, некоторых производственных процессах. В результате турбулентного перемешивания водяной пар распространяется от земли вверх, а горизонтальными воздушными течениями переносится на большие расстояния. В основном водяной пар сосредоточен в самых нижних слоях атмосферы, резко убывая с высотой. Благодаря водяному пару в атмосфере образуются облака, из которых могут выпадать осадки. Водяной пар хорошо поглощает радиацию, излучаемую земной поверхностью, предохраняя землю от сильного охлаждения.

Углекислый газ (СО₂) поступает в атмосферу главным образом при вулканических извержениях, а также в результате гниения и разложения органических веществ, дыхания животных и растений, при сжигании топлива. Расходуется углекислый газ на питание растений. Содержание его по объему составляет в среднем – 0.033%. Он хорошо поглощает и излучает длинноволновую лучистую энергию.

Содержание углекислого газа в воздухе изменяется в зависимости от широты, местных условий, времени суток и года. В высоких широтах его меньше, чем в умеренных; над океаном меньше, чем над сушей; в дневные часы меньше, чем в ночные.

Основным регулятором концентрации углекислого газа является океан. В результате обмена углекислым газом устанавливается равновесие между поступлением его из воздуха в воду и из воды в воздух.

За последние 80-100 лет глобальное количество СО₂ увеличилось более чем на 10%. Таким образом в текущем столетии происходит непрерывное увеличение содержания углекислого газа в атмосфере.

Озон. Среди газов, входящих в состав атмосферы, исключительно важную роль играет озон, представляющий собой трехатомный кислород 0_3. Образование озона в нижних слоях атмосферы происходит под влиянием грозовых разрядов, а также при окислении некоторых органических веществ, в высоких слоях – под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. При поглощении ультрафиолетовой радиации молекулы озона распадаются, поэтому в атмосфере непрерывно происходит образование и распад озона. Молекулы озона могут разрушаться при соударении друг с другом и с атомами

кислорода, при этом скорость распада увеличивается с повышением температуры.

Поглощая ультрафиолетовую радиацию, озон предохраняет весь органический мир от его губительного влияния, а регулируя поступление ультрафиолета, создает благоприятные условия для жизни на Земле. Сам озон в больших концентрациях вреден и даже смертелен для органической жизни, а в небольших концентрациях оказывает благотворное влияние.

Общее содержание озона в атмосфере выражают толщиной слоя в миллиметрах, который образовался бы, если весь озон, распределенный в вертикальном столбе атмосферы единичного сечения, был приведен к нормальному давлению и температуре 0⁰С. В среднем толщина слоя озона составляет 3 мм.

Аэрозоли и антропогенные газообразные примеси. Твердые и жидкие частицы, взвешенные в атмосфере, называются аэрозолями. Концентрация аэрозолей в зависимости от места и времени может меняться в широких пределах. Некоторые из них играют важную роль для конденсации водяного пара и называются ядрами конденсации. Аэрозоли могут быть естественного и антропогенного происхождения.

Естественными аэрозолями являются водяные капли и ледяные кристаллы, образующиеся в результате конденсации водяного пара; пыль, сажа и пепел, попадающие в воздух при лесных пожарах и горении торфяников; почвенная, космическая и вулканическая пыль, пыльца растений и др. Большое количество частичек морской соли попадает в атмосферу при разбрызгивании морской воды во время волнений. Под воздействием восходящих движений и горизонтальных воздушных течений аэрозоли перемещаются вверх и по горизонтали, поэтому концентрация их не достигает вредных значений для живых организмов.

Значительное загрязнение атмосферы аэрозолями возникает из-за деятельности человека: работа промышленных предприятий, химических производств, автотранспорта, при сжигании топлива и т.д.

Наибольшее количество аэрозолей содержится в нижних слоях атмосферы, с высотой концентрация аэрозолей резко убывает.

Смесь дыма с туманом называется смогом. Загрязнение атмосферы, обусловленное смесью очень едких газов, паров и аэрозолей, называется фотохимическим смогом. Смог оказывает вредное воздействие на организм человека и на некоторые виды растений.

Для исследования загрязнения атмосферы проводятся регулярные наблюдения, что позволяет выявить районы с наибольшей концентрацией аэрозолей и на основании полученных данных проводить комплекс работ по борьбе с загрязнением воздуха.

Эффективными средствами борьбы с загрязнением воздуха в городах являются озеленение, перевод предприятий на более эффективное топливо, газификация жилых помещений. При строительстве новых городов предприятия, загрязняющие воздух, выносятся в отдаленные зоны.

Радиоактивные вещества. Наиболее опасное загрязнение воздуха создают отходы предприятий атомной промышленности. В результате наземных и атмосферных ядерных и термоядерных взрывов в атмосферу поступает огромное количество различных радиоактивных веществ, которые переносятся воздушными потоками и сохраняются в атмосфере на протяжении десятилетий, причем пока не найдены способы искусственного удаления радиоактивных продуктов из атмосферы.

Ионы. В атмосфере постоянно образуются электрически заряженные молекулы – легкие ионы, которые, оседая на частицах пыли, взвешенных в атмосфере, образуют более крупные тяжелые ионы. Водяные капли и ледяные кристаллы, образующиеся на ионах как на ядрах конденсации, могут иметь электрические заряды. С высотой содержание ионов увеличивается и высокие слои атмосферы обладают некоторой электропроводностью.

Состав высоких слоев атмосферы

До высоты примерно 100 – 110 км процентное содержание основных газов атмосферного воздуха не изменяется. Это объясняется действием горизонтальных и вертикальных движений воздуха, приводящих к его перемешиванию.

Выше этого слоя происходит значительное изменение состава воздуха. Существенной особенностью состава воздуха на высотах более 100 км является наличие газов в виде заряженных атомов. Выше 1000 км атмосфера состоит в основном из гелия и водорода, причем преобладает атомарный водород. В результате взаимосвязи процессов, происходящих в атмосфере и космическом пространстве, в атмосферу постоянно вторгаются различные атомы и атомные ядра из космоса, а из атмосферы в мировое пространство ускользают легкие газы.

При отсутствии атмосферы температура поверхности Земли составляла бы -23⁰С.

Вертикальное расслоение атмосферы

В атмосфере наблюдается пространственное изменение всех метеорологических величин. Наиболее сильное их изменение происходит по вертикали. Используются несколько признаков, на основании которых атмосферу делят на слои (сферы) в вертикальном направлении: распределение температуры по высоте, состав атмосферного воздуха и наличие заряженных частиц, взаимодействие атмосферы с земной поверхностью, влияние атмосферы на летательные аппараты. По характеру изменение температуры с высотой выделяют пять основных сфер: тропосфера (в среднем до высоты 11 км), стратосфера (от 11 до 50-55 км), мезосфера (от 50-55 до 90 км), термосфера (от 90 до 450 км), и экзосфера (свыше 450 км). Между этими слоями имеются прослойки, относительно небольшой вертикальной мощности, называемые паузами (тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза).

Тропосфера – самый нижний слой атмосферы, начинающийся от поверхности Земли. Высота ее зависит от времени года, широты места, характера циркуляции воздуха. На одной и той же широте верхняя граница тропосферы опускается зимой и поднимается летом. В одно и то же время года вертикальная протяженность тропосферы в умеренных широтах составляет 9-12 км, к полюсам она уменьшается до 8-10 км, а к экватору возрастает до 16-18 км. В тропосфере наблюдается перемещение воздуха в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также интенсивное его перемешивание. В тропосфере сосредоточена основная масса водяного пара, происходит образование облаков, выпадение осадков, наблюдаются различные метеорологические явления. Особенность тропосферы – падение температуры с высотой в среднем на 0.65⁰С на каждые 100 м высоты. Средняя годовая температура на верхней границе тропосферы составляет примерно -55⁰С в умеренных широтах, -75⁰С над экватором, -65⁰С над Северным полюсом зимой и -47⁰С – летом.

Толщина тропопаузы колеблется от нескольких сотен м до 1-2 км. За ее нижнюю границу принимается высота, на которой температуры медленно уменьшается с высотой, остается неизменной или немного повышается. На уровне, близком к тропопаузе, наблюдаются потоки воздуха в виде узких течений с очень большими скоростями (150-300 км/час), так называемые струйные течения.

Над тропопаузой до высоты примерно 50 км расположена стратосфера, характеризующаяся ростом температуры с высотой – в начале медленно (до 35 км), затем быстро до стратопаузы, достигая среднегодового значения около 0⁰С. Рост температуры с высотой в стратосфере объясняется поглощением солнечной радиации озоном.

Водяной пар в стратосфере содержится в небольшом количестве, поэтому обычные облака в этом слое не образуются. Только иногда на высотах 20-25 км наблюдаются перламутровые облака. В стратосфере происходят интенсивная циркуляция воздуха и его вертикальные перемещения.

Над стратопаузой располагается мезосфера. До высоты около 80 км в мезосфере наблюдается падение температуры с высотой до -90⁰С. Скорость ветра в мезосфере может достигать 150 м/сек. Уменьшение температуры воздуха с высотой указывает на наличие в мезосфере интенсивного перемешивания воздуха. В мезосфере на высоте 82-85 км иногда наблюдаются серебристые облака.

Над мезосферой расположена мезопауза, выше которой расположена термосфера, где температура возрастает с высотой. Рост температуры с высотой объясняется поглощением ультрафиолетовой радиации атомарным кислородом и азотом.

Экзосфера – сфера рассеяния, внешний слой атмосферы Земли, простирающийся до так называемой земной короны, т.е. постепенно переходящий в межпланетной пространство. Температура в экзосфере возрастает с высотой. В экзосфере газы находятся в разреженном состоянии и частицы их, двигаясь с громадными скоростями, не сталкиваются друг с другом.

В атмосфере есть слой с высокой электропроводностью, образующийся в результате сильной ионизации воздуха космическими лучами, ультрафиолетовой и корпускулярной радиацией Солнца. Нижняя граница этого слоя находится на высоте 60-80 км, а верхняя – нескольких сотен километров. Этот слой называется ионосферой.

По составу атмосфера делится на гомосферу и гетеросферу. Гомосфера расположена от поверхности Земли до высоты 100 – 110 км. В этом слое процентное содержание основных газов и молекулярная масса воздуха не меняется с высотой. Гетеросфера расположена выше 100 км. Здесь кислород и азот находятся в атомарном состоянии.

Слой атмосферы, расположенный между 10 и 55 км и содержащий основную массу озона, называется озоносферой, с максимумом на высотах 20-25 км.

По характеру взаимодействия с земной поверхностью атмосферу разделяют на пограничный слой, нижний слой высотой 1-1.5 км, и свободную атмосферу, расположенную выше этого слоя. Для пограничного слоя характерны суточные изменения метеорологических величин. В этом слое на движение воздуха оказывает влияние его трения о земную поверхность. Самую нижнюю часть пограничного слоя (высотой 50-100 м), примыкающую к земной поверхности, называют пограничным слоем, в котором турбулентные потоки тепла и водяного пара мало меняются с высотой.

По условиям полета спутников и управляемых космических кораблей атмосфера делится на собственно атмосферу (плотные слои) и околоземное космическое пространство, нижняя граница которого расположена на высоте около 150 км.

Контрольные вопросы

1. Какие газы входят в состав атмосферы, их процентное содержание?

2. Какова роль водяного пара в атмосфере?

3.. Какую роль играет углекислый газ в атмосфере?

4. Как образуется озон, опасное и благотворное его влияние?

5. Что такое аэрозоли и как они попадают в атмосферу?

6. Что такое смог и какие бывают его разновидности?

7. На какие слои и по каким признакам разделяется атмосфера?

8. Как меняется температура в различных слоях атмосферы?

Тестовые вопросы

1. До какой высоты (в км) состав очищенного сухого воздуха остается одинаковым на всем земном шаре?

A. 20. B.100. C.80. D.35.

2. В составе воздуха преобладает:

A. Водяной пар. B. Аргон. C. Азот. D. Кислород.

3. В сухом воздухе по объему азота содержится (в процентах):

A. 0,93. B. 89,09. C. 25,95. D. 78.09.

4. В сухом воздухе по объему кислорода содержится (в процентах):

A. 20,95. B. 89,09. C. 25,95 D. 78.09.

5. В сухом воздухе по объему аргона содержится (в процентах):

A. 0,93. B. 89,09. C. 25,95. D. 78.09.

6. Содержание углекислого газа в атмосфере по объему составляет в среднем (в %):

A. 4. B. 0.033. C.0.29. D.0.33.

7. Основной способ попадания в атмосферу водяного пара:

A. В результате испарения. B. От извержения вулканов.

C. В результате наводнений.D. Из космического пространства

8. Основным регулятором концентрации углекислого газа является:

A. Вулканические извержения. B. Деятельность человека.

C. Океан. D. Лесные пожары

9. За последние 80-100 лет глобальное количество СО₂ увеличилось более чем на (%):

A. 5. B. 15. C.25. D. 10.

10. Ошибочным является процесс попадания СО₂ в атмосферу:

A. Конденсаци. B. Дыхание. C. Извержение вулканов. D. Горение.

11. Максимальное количество озона наблюдается на высоте:

A. 20-25км. B. 15-35км. C. Выше 70км. D. До 10км.

12. Озоносфера расположена на высоте:

A. 60-80км. B. 10-20км. C. 10-55км. D. До 100км.

13. Содержание озона в атмосфере измеряется в:

A. Процентах. B. Гектопаскалях; C. Миллиметрах. D. Миллиграммах.

14. Твердые и жидкие частицы, взвешенные в атмосфере, называются:

A. Растения. D. Насекомые. C. Облака. D. Аэрозоли.

15. Наиболее опасное загрязнение воздуха создают:

A. Осадки. B. Радиоактивные отходы. C. Растения. D. Насекомые.

16. Процентное содержание газов в атмосфере остается постоянным до высоты:

A. 50 км. B. 200 км. C. 300 км. D. 100-110 км.

17. На высоте более 1000км преобладающим газом является:

A. Атомарные гелий. B. Атомарный водород.

C. Атомы водяного пара. D. Атомарный азот. E.

18. При отсутствии атмосферы поверхность Земли имела бы температуру:

A. 25⁰. B. 21⁰. C. - 20⁰. D. - 23⁰

19. Какой признак положен в основу деления атмосферы на 5 сфер?

A. Состав атмосферного воздуха. B. Количество водяного пара.

C. Ход влажности. D. Распределение температуры по высоте.

20. Тропосфера в умеренных широтах распространяется до высоты (в км)::

A. Выше 800. B. 85-800. C. 50-90. D. 11-13.

21. Тропосфера на полюсах распространяется до высоты (в км):

A. 8-10. B. 85-800. C. 50-90. D. 11-13.

22. Тропосфера на экваторе распространяется до высоты (в км)::

A. 16-18. B. 85-800. C. 50-90. D. 11-13

23. Ход температуры воздуха в мезосфере:

A. Растет. B. Падает. C. Растет, затем падает. D. Не изменяется, затем растет.

24. Мезосфера расположена на высотах:

A. 90-450 км. B. 0-11км. C. 11-50км. D. 50-90км.

25. Нижняя граница ионосферы расположена на высоте:

A. 60-80км. B. 50-55км. C. 35-50км. D. 80-85км.

26. Слой атмосферы, в котором температура воздуха понижается в среднем на 0,65⁰ на 100 м высоты, называется:

A. Тропосфера. B. Мезосфера. C. Озоносфера. D. Стратосфера.

27. Экзосфера расположена на высоте:

A. До 11км. B. 85-450км. C. Выше 450км. D. 50-85км.

28. Средний вертикальный градиент температуры в тропосфере равен:

A. 1.65º С/100м. B. 0,65º С/100м. C. 0,74º С/100м. D. 0,90º С/100м.

29. Струйные течения в атмосфере наблюдаются на высотах:

A. 12-15 км. B. 10-12 км. C. до 10 км. D. 30-35 км.

30. Т ермосфера расположена на высоте:

A. 85-800 км. B. 90-450 км. C. 50-90 км. D. выше 800 км.

31. Основным ионизатором на больших высотах является:

A. Космические лучи. B. Термические ионизаторы

C. Гидроаэроионизаторы. D. Ультрафиолетовое излучение Солнца.

32. Сферы в атмосфере располагаются в следующей последовательности:

A. Экзосфера, термосфера, стратосфера, тропосфера, мезосфера.

B. Мезосфера, тропосфера, стратосфера, экзосфера, термосфера.

C. Стратосфера, мезосфера, тропосфера, термосфера, экзосфера.

D. Тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера

33. Слой атмосферы, в котором температура воздуха с высотой растет до 0^о С, называется:

A. Сратосфера. B. Ионосфера. C. Мезосфера. D. Тропосфера.

34. Для какого слоя атмосферы характерны суточные изменение метеорологических величин?

A. Тропосфера. B. Пограничный слой. C. Термосфера. D. Сратосфера.

Глоссарий

На русском языке	На казахском языке	На английском языке
Воздух	Ауа	Air
Земная кора	Жер қабығы	Crust
Водяной пар	Бу су перiсi	Water vapor
Кристаллы льда	Мұздың кристаллдары	Ice crystals
Аэрозоли	Аэрозоль	Aerosols
Радиация	Сәуле таралу	Radiation
Углекислый газ	Көмірқышқыл газы	Carbon dioxide
Озон	Ауаиіс	Ozone

Темы СРС

Состав высоких слоев атмосферы, (Л1), стр.29-30, интернет-сайт

Темы СРСП

Экология земной атмосферы, (Л1), стр.31-32. Горизонтальная неоднородность атмосферы, (Л1), сто 38-40

Основная литература

1. С.П. Хромов, М.А. Петросянц, Метеорология и климатология, М, Иэд-во «Наука», 2006

Дополнительная литература

1. И.И. Гуральник, Г.П. Дубинский, В.В. Ларин, С.В. Мамиконова, Метеорология, Л, изд-во ГМИ, 1982

2. Наставления ГМС и постам, часть I, Алматы, Казгидромет, 2002

Лекции № 3.

Солнце. Потоки лучистой энергии.Поглощение и рассеяние солнечной радиации в атмосфере.Суточный и годовой ход прямой радиации. Суммарная радиация.

Солнце – источник природных процессов

Потоки лучистой энергии в атмосфере

Основным источником энергии почти для всех природных процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере, является лучистая энергия, поступающая на Землю от Солнца. Видимые лучи солнечного спектра делятся на 7 цветов.

Лучистая энергия, т.е. электромагнитные волны, распространяются со скоростью 300 000 км/сек. Основная часть энергии, излучаемая Солнцем и поступающая на Землю, это ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи. Эта часть электромагнитного излучения Солнца называется в метеорологии солнечной радиацией.

Строение Солнца.

Солнце представляет собой газовый шар радиусом 695 300 км. Радиус Солнца в 109 раз больше радиуса Земли. Расстояние между центрами Земли и Солнца равно в среднем 1,496х10⁸ км.

Солнце состоит в основном из водорода (64%) и гелия (32%). На долю остальных элементов приходится всего 4% его массы. По строению Солнце делится на внутреннюю часть и на солнечную атмосферу. В недрах Солнца происходят сложные ядерные реакции, при которых выделяются огромные количества энергии.

Нижняя, наиболее плотная часть солнечной атмосферы, называется фотосферой (сферой света). Толщина ее составляет 100-140 км. Фотосфера является основным источником энергии, излучаемой Солнцем. Над фотосферой находится менее плотный слой солнечной атмосферы – хромосфера (окрашенная сфера). Еще выше расположена так называемая солнечная корона. Свечение короны можно наблюдать только во время солнечного затмения. Солнечная корона простирается до высоты, равной нескольким радиусам Солнца.

Газы, образующие Солнце, находятся в непрерывном бурном движении, в результате чего в фотосфере все время образуются и исчезают световые ячейки радиусом около 1000 км – гранулы и факелы (более яркие области). Кроме того в фотосфере наблюдаются более темные образования, называемые солнечными пятнами, которые представляют собой огромные воронки, образовывающиеся в результате вихревых движений газа. По соседству с пятнами часто появляются ослепительно белые вспышки, которые можно наблюдать даже невооруженным глазом. Они светятся за счет водорода и кальция и сохраняются не более одного часа. В хромосфере Солнца наблюдаются колоссальные взрывы – протуберанцы, видимые как огненно-красные выступы на внешнем контуре видимого диска Солнца. Количество солнечных пятен, вспышек, протуберанцев периодически изменяутся. Примерно один раз в одиннадцать лет их число достигает максимума.

В годы максимума солнечных пятен активизируются и другие явления на Солнце: усиливаются излучение ультрафиолетовой радиации и интенсивность потоков испускаемых Солнцем частиц. В такие периоды наблюдаются резкие возмущения магнитного поля Земли, нарушается радиосвязь, увеличивается повторяемость и яркость полярных сияний.

Кроме одиннадцатилетнего периода колебаний солнечной активности, наблюдается и восьмидесятилетний ее период.

Потоки лучистой энергии в атмосфере.

Солнечная радиация, поступившая на верхнюю границу атмосферы, претерпевает на своем пути до земной поверхности ряд изменений, вызванных ее поглощением и рассеванием в атмосфере. Радиация, поступившая от Солнца в атмосферу и затем на земную поверхность в виде пучка параллельных лучей, называется прямой. Значительная часть прямой радиации, пришедшей к верхней границе атмосферы, достигает земной поверхности.

Часть солнечной радиации рассеивается молекулами атмосферных газов и аэрозолями и поступает к земной поверхности в виде рассеянной радиации.

Часть солнечной радиации, отражающаяся от земной поверхности и атмосфере (в основном от облаков), называется отраженной радиацией.

Часть излучения атмосферы, направленной к Земле, называется встречным излучением атмосферы. Часть же атмосферного излучения, направленная вверх и прошедшая через всю толщу атмосферы, уходит в мировое пространство и называется уходящим излучением атмосферы. Земная и атмосферная радиация, так же как и солнечная, частично поглощается и отражается атмосферой.

Все потоки лучистой энергии отличаются друг от друга по спектральному составу, т.е. по длинам волн. В метеорологии принято рассматривать коротковолновую и длинноволновую радиации. К коротковолновой относят радиацию с длинами волн от 0.1 до 4 мкм (микрометров), т.е. не только видимую, но и ближайшие к ним по длинам волн ультрафиолетовую и инфракрасную части спектра. Солнечная радиация почти вся относится к коротковолновой. Радиация земной поверхности и атмосферы с длиной волн от 4 до 120 мкм является длинноволновой.

Количественно лучистая энергия характеризуется потоком радиации. Поток радиации – это количество лучистой энергии, которое поступает в единицу времени на единицу поверхности. В системе СИ поток радиации выражается в Вт/м², в метеорологии – в кал/(мин/см²) = 0.698 кВт/м².

Раздел метеорологии, изучающий солнечную, атмосферную и земную радиации, называется актинометрией. Одна из основных задач актинометрии – измерение потоков лучистой энергии.

Поглощение и рассеяние солнечной радиации в атмосфере

Проходя через земную атмосферу, солнечная радиация ослабляется из-за поглощения и рассеяния атмосферными газами и аэрозолями. При прохождении сильно ослабляется коротковолновая радиация и в меньшей степени длинноволновая.Лучше всего рассеиваемые в атмосфере – это фиолетовые лучи видимой части солнечного спектра.

При различной высоте Солнца и высоте пункта наблюдений над земной поверхностью длина пути, проходимого солнечным лучом в атмосфере, не одинаков. При уменьшении высоты Солнца особенно сильно уменьшается ультрафиолетовая часть радиации, меньше – видимая и незначительно – инфракрасная.

Рассеяние радиации в атмосфере происходит главным образом в результате непрерывных колебаний плотности воздуха в каждой точке атмосферы, вызванных образованием и разрушением некоторых сгустков атмосферных газов. Солнечную радиацию рассеивают также частицы аэрозолей.

Интенсивность рассеяния зависит от количества рассеивающих частиц в единице объема, от их размера и природы, а также от длин волн самой рассеиваемой радиации.

Факторы, влияющие на приход прямой радиации

Дата добавления: 2015-10-23