 |
Сорстав воздуха. В.пар. Аэрозоль.
|
|
|
|
Предмет метеорологии. Методы.
Метеорология — наука о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физических процессах.
Объект – атмосфера.
Предмет: физические, химические процессы в атмосфере, состав атмосферы, строение атмосферы, тепловой режим атмосферы, влагообмен в атмосфере, общая циркуляция атмосферы, электрические поля, оптические и акустические явления, циклоны, антициклоны, ветра, фронты.
История науки.
Еще на заре своей истории человек сталкивался с неблагоприятными атмосферными явлениями. Не понимая их, он обожествлял грозные и стихийные явления, связанные с атмосферой (боги – Перун, Зевс, Дажбог и др.). По мере развития цивилизации в Китае, Индии, странах Средиземноморья делаются попытки регулярных метеорологических наблюдений, появляются первые научные представления о климате. Первый труд об атмосферных явлениях был составлен Аристотелем. Современная научная метеорология ведет начало с XVII в., когда были заложены основы физики. Великим ученым Галилеем и его учениками были изобретены термометр (1610г.), барометр, дождемер, то есть появилась новая возможность инструментальных наблюдений. Начиная с середины XVII в. академия экспериментирования в Тоскане организовало первую немногочисленную сеть инструментальных наблюдений, которые проводились в нескольких пунктах Европы. Кроме того, непременной частью программ всех морских плаваний было проведение наблюдений за погодой. В это же время появились первые метеорологические теории. Э. Галлей дал первое объяснение муссонов, а Э. Гадлей опубликовал трактат о пассатах. К середине XVIII в. М. В. Ломоносов считал метеорологию самостоятельной наукой, главной задачей которой было "предзнание погоды". Было организовано по частной инициативе Маннгеймское метеорологическое общество, которое создало в Европе на добровольной основе сеть из 39 метеорологических станций (в том числе три в России – Санкт-Петербурге, Москве, Пышменский завод), укомплектованных единообразными и проградуированными приборами. Сеть функционировала 12 лет. В середине XIX в. возникают государственные сети станций. А в начале века трудами А. Гумбольдта и Г. Дове в Германии закладываются основы климатологии. Около 1820 года Г. В. Брандесу в Германии пришла мысль нанести на географические карты наблюдения Маннгеймской сети станций. Таким образом, появились первые синоптические карты, позволившие обнаружить области высокого и низкого давления. Они оказались подвижные и двигались, как правило, с запада на восток. После изобретения телеграфа, с 50-х годов, по инициативе астронома У. Леверье во Франции и адмирала Р. Фицроя в Англии синоптический метод исследования атмосферных фронтов быстро вошел в общее употребление. На его основе возникла новая отрасль метеорологии – синоптическая метеорология. К середине XIX в. относится организация первых метеорологических институтов, в том числе Главной физической обсерватории в Петербурге (1849г.). Во второй половине XIX столетия были заложены основы динамической метеорологии, т. е. применения законов гидромеханики и термодинамики к исследованиям атмосферных процессов. Большой вклад в эту область метеорологии был сделан Кориолисом и Пуассоном во Франции, В. Феррелем в США, Г. Гельмгольцем в Германии, Г. Моном и К. Гульдбергом в Норвегии. К концу столетия усилилось изучение радиационных и электрических процессов в атмосфере. Развитие метеорологии в XX в. шло нарастающими темпами. Большие успехи достигнуты в области аэрологических исследований. Широкое использование радиолокационной техники для аэрологических исследований связано с именами Г. И. Голышева, В. В. Костарева, Б.д. Рождественского. Велик прогресс в актинометрии – учении о радиации в атмосфере. Основные заслуги в разработке методов и приборов для измерения лучистой энергии, организации сети актинометрических станций в России принадлежит Н. Н. Калитину, В. А. Михельсону, О. Д. Хвольсону, С. И. Савинову. В XX в. появились новые, углубленные подходы к климатологическим исследованиям. Особенно большой вклад в разработку проблем климатологии в России внесен трудами А. А. Каминского, Л. С. Берга, М. И. Будыко, М. М. Сомова и др. Бурный рост промышленности во второй половине 20-го века оказал неблагоприятное влияние на атмосферу. Огромное значение приобрели проблемы загрязнения атмосферы и распространения примесей как естественного, так и антропогенного происхождения. Потребовалось создание специальной службы загрязнений, под руководством Е. К. Федорова и Ю. А. Израэля. Развитие народного хозяйства привело к необходимости более тщательного учета свойств атмосферных процессов. Поэтому стали интенсивно развиваться многие отрасли прикладной климатологии, такие, как авиационная, медицинская, строительная и др. Во всем мире объем метеорологических исследований растет, накоплен большой опыт международного сотрудничества в проведении таких международных программ, как Программа исследования глобальных атмосферных процессов, и уникальных экспериментов, подобных Международному геофизическому году (1957-1958), Атлантическому тропическому эксперименту (1974) и т.д.
|
|
|
|
|
|
Метеорологическая сеть - совокупность метеорологических станций, ведущих наблюдения по единой программе и в строго установленные сроки для изучения погоды, климата и решения др. прикладных и научных задач. Метеорологическая сеть строится таким образом, чтобы для любой точки территории страны можно было с достаточной точностью получить данные о текущих условиях погоды и климате местности. В равнинных условиях для получения достаточно полной характеристики температурного режима необходимо иметь сеть станций, расположенных на расстоянии 50 км друг от друга, в горных местностях - меньше 30-40 км.
|
|
|
Результаты наблюдений метеорологических станций и постов в целях их сравнимости должны обладать достаточной степенью точности и однородностью. Это достигается путем использования однотипных, проверенных, одинаково на всех пунктах установленных приборов, проведением наблюдений по единой методике и в строго определенные сроки. Координацию работы метеорологических служб разных стран осуществляет Всемирная Метеорологическая Организация, ВМО.
Метеослужба. ВМО
Для успешного прогнозирования погоды синоптикам необходимо оперативно получать текущую информацию о погоде со всего мира. С этой целью в 1968 году была создана Всемирная Служба Погоды. На сегодняшний день почти 9000 метеорологических станций мира участвуют в международном обмене данными. Ежедневно каждые три часа в строго определенные сроки: 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 и 21 час по всемирному времени наблюдатели выходят на метеорологическую площадку и с помощью различных приборов фиксируют скорость ветра, облачность, температуру воздуха и атмосферное давление. Они отмечают общий характер погоды, например, наличие дождя или тумана в данной местности. В крупных аэропортах наблюдения производятся ежечасно, а в некоторых - даже каждые полчаса! После этого данные зашифровываются специальным синоптическим кодом и передаются в региональные или областные Гидрометцентры. Оттуда данные поступают в межрегиональные центры и, в конце концов, оказываются в трех мировых центрах данных (Москва, Вашингтон, Мельбурн). Оттуда все эти сведения передаются метеослужбам всех стран мира для анализа, изучения, включения в модельные расчеты, построения синоптических карт и разработки прогнозов погоды.
Сведения о погоде в тех местах, где нет метеостанций, помогают собирать самолеты и корабли. Они снабжены аппаратурой, позволяющей фиксировать различные погодные условия по маршруту их следования. Также в труднодоступных районах, где невозможно постоянно держать наблюдателей за погодой, размещаются автоматические метеостанции. Показатели метеорологических приборов ежечасно считываются компьютером.
|
|
|
Температура, влажность и атмосферное давление на больших высотах измеряются с помощью приборов, именуемых радиозондами. Их поднимают на нужную высоту аэростаты (воздушные шары). Скорость и направление подъема зонда позволяют определить силу и направление ветра. По мере того, как зонд поднимается все выше, идут замеры температуры, влажности и давления воздуха.
Немаловажную роль в метеослужбе играют данные, получаемые с искусственных спутников Земли. Метеорологические спутники поставляют ученых важную информацию об общих тенденциях развития погоды, а также о характере облачного покрова. На спутниках установлены приборы, именуемые радиометрами, которые улавливают интенсивность отраженного света или тепла. Эти данные преобразуются в изображения (фотографии). Спутники играют важную роль в наблюдении за процессами образования погоды, особенно над большими океанами.
Для наблюдений за дождем, снегом и градом используются метеорадары. Они позволяют определить место и интенсивность выпадения осадков. Радары испускают радиоволны, которые, ударяясь о дождевые капли, отражаются от них и возвращаются на приемную антенну. После этого полученные данные преобразуются в изображение.
Всемирная метеорологическая организация, ВМО — специализированное межправительственное учреждение Организации Объединённых Наций в области метеорологии. Основано в 1950 году. Является компетентным органом ООН по вопросам наблюдения за состоянием атмосферы Земли и её взаимодействия с океанами. Штаб-квартира ВМО находится в Женеве, Швейцария.
23 марта, в день вступления в силу Конвенции об основании ВМО, отмечается Всемирный метеорологический день.
Существует проблема прогнозов долгосрочных, т.е. более чем на несколько дней вперед, для которых абсолютно необходимы наблюдения за погодой в пределах всего земного шара, но даже и этого оказывается недостаточно. Поскольку турбулентная природа атмосферы ограничивает возможности предсказания погоды на большой территории примерным сроком до двух недель, прогноз на более продолжительное время должен основываться на факторах, которые предсказуемым образом воздействуют на атмосферу и при этом сами будут известны более чем за две недели. Одним из таких факторов является температура поверхности океана, которая медленно меняется в течение недель и месяцев, влияет на синоптические процессы и может быть использована для выявления районов с аномальными температурами и количеством осадков.
Сорстав воздуха. В.пар. Аэрозоль.
|
|
|
СОСТАВ СУХОГО ЧИСТОГО ВОЗДУХА У ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
Газ Содержание, %
по объему по массе
N2 78,09 75,50
O2 20,95 23,10
Ar 0,932 1,286
CO2 0,036 0,052
Ne 1,8·10-3 1,3·10-3
He 4,6·10-4 7,2·10-5
Kr 1,1·10-4 2,9·10-4
N2O 5·10-5 7,7·10-5
H2 5·10-5 2,6·10-6
O3 2·10-7 3,3·10-6
Водяной пар – это вода в газообразном состоянии. Если воздух не способен удерживать бóльшее количество водяного пара, он переходит в состояние насыщения, и тогда вода с открытой поверхности перестает испаряться. Содержание водяного пара в насыщенном воздухе находится в тесной зависимости от температуры и при ее повышении на 10° С может увеличиться не более, чем вдвое.
Относительная влажность – это отношение фактически содержащегося в воздухе водяного пара к количеству водяного пара, соответствующему состоянию насыщения. Относительная влажность воздуха вблизи земной поверхности часто велика утром, когда прохладно. С повышением температуры относительная влажность обычно уменьшается, даже если количество водяного пара в воздухе мало изменяется. Предположим, что утром при температуре 10° С относительная влажность была близка к 100%. Если в течение дня температура понизится, начнется конденсация воды и выпадет роса. Если же температура повысится, например до 20° С, роса испарится, но относительная влажность составит лишь ок. 50%.
Облака возникают при конденсации водяного пара в атмосфере, когда образуются либо капельки воды, либо кристаллы льда. Формирование облаков происходит, когда при подъеме и охлаждении водяной пар переходит через точку насыщения. При подъеме воздух попадает в слои все более низкого давления. Ненасыщенный воздух с подъемом на каждый километр охлаждается примерно на 10° С. Если воздух с относительной влажностью ок. 50% поднимется более чем на 1 км, начнется образование облака. Конденсация сначала происходит у основания облака, которое растет вверх до тех пор, пока воздух не перестанет подниматься и, следовательно, охлаждаться. Летом этот процесс легко увидеть на примере пышных кучевых облаков с плоским основанием и воздымающейся и опускающейся вместе с перемещением воздуха вершиной. Облака формируются также в фронтальных зонах, когда теплый воздух скользит вверх, надвигаясь на холодный, и при этом охлаждается до состояния насыщения. Облачность возникает и в областях низкого давления с восходящими потоками воздуха.
Туман представляет собой облако, расположенное у самой земной поверхности. Он часто опускается на землю в тихие, ясные ночи, когда воздух влажный, а земная поверхность охлаждается, излучая в пространство тепло. Туман также может образоваться при прохождении теплого влажного воздуха над холодной поверхностью суши или воды. Если холодный воздух оказывается над поверхностью теплой воды, прямо на глазах возникает туман испарения. Он часто образуется по утрам поздней осенью над озерами, и тогда кажется, что вода кипит.
Конденсация является сложным процессом, при котором микроскопические частицы содержащихся в воздухе примесей (сажи, пыли, морской соли) служат ядрами конденсации, вокруг которых формируются капельки воды.
Аэрозоли – твёрдые частички (пыли например), взвешенные в воздухе.
|
|
|
