Г.Н. Григорьев

Учение об атмосфере

ПРАКТИКУМ

Белгород 2012

Содержание Стр.

Введение 4

Тема 1. Время и его измерение 5

Тема 2. Атмосферное давление 12

Тема 3. Радиационный режим 26

Тема 4. Термический режим 50

Тема 5. Водный режим 72

Тема 6. Снежный покров 94

Тема 7. Циркуляция атмосферы 102

Тема 8. Климаты земного шара 120

Тема 9. Климат региона 134

Заключение 142

Список использованных источников 144

Приложения 147

Тема 1. Время и его измерение

1.1. Основные понятия о времени

Понятие о времени имеет каждый человек. Время выражает порядок смены явлений. Говоря о времени в быту мы имеем ввиду промежутки времени определенной, фиксированной продолжительности. В философии время – одна из форм существования бесконечно развивающейся материи.

В астрономии за основную единицу времени приняты сутки – промежуток, равный времени обращения Земли вокруг своей оси. Сутки и их доли (часы, минуты, секунды) используются при измерении коротких промежутков времени. Так как вращение Земли вокруг своей оси не равномерное, то астрономические сутки как единица времени не обладают достаточной точностью. Поэтому в «Службе времени» и в СИ используют в качестве единицы времени секунду, использование которой связано с периодом излучения атома Цезия-133.

На практике в астрономии и в метеорологии широко используются следующие основные понятия о времени. Момент, когда Солнце находится точно на юге (в северном полушарии), то есть на меридиане данного места, называется истинным полднем. Промежуток времени между двумя истинными полднями двух соседних суток называется истинными солнечными сутками.

Вследствие неравномерного вращения Земли вокруг Солнца на орбите (Земля в перигелии ближе к Солнцу и под его влиянием движется быстрее, а в афелии она дальше от Солнца и обращается медленнее) и изменения наклона эклиптики к экватору продолжительность суток неодинакова. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток не пригодна для практического использования. Для удобства измерения времени принято среднее солнечное время, определяемое по «Среднему Солнцу» – воображаемому объекту, перемещающемуся равномерно и совершающего полный оборот за тот же период, что и истинное Солнце, то есть за год. Продолжительность средних солнечных суток 24 часа. За начало суток принимается нижняя кульминация, то есть полночь. Разность между средним и истинным солнечным временем называется «уравнением времени», имеющего вид:

∆τ = T - τ, где

T – среднее солнечное время, τ – истинное солнечное время,

∆τ – уравнение времени.

Наибольших значений уравнение времени достигает два раза в году: в середине февраля – (+14,5 мин) и начале ноября – (-16,3 мин). Четыре раза в год оно обращается в нуль: в середине апреля, в середине июня, в начале сентября и в конце декабря (Приложение 1). В эти дни среднее солнечное время совпадает с истинным солнечным временем. Среднее солнечное время одинаково для всех пунктов, расположенных на одном меридиане и, соответственно, отличается на двух соседних меридианах. Это время называется местным временем. Таким образом, среднее солнечное время и местное время имеют одинаковый смысл и используются как синонимы.

Промежуток времени, за который Земля по отношению к звездам совершает полный оборот вокруг своей оси, называется звездными сутками и составляет 23 часа 56 минут 4 секунды. Звездные сутки всегда одинаковы и удобны для астрономических наблюдений. Солнечные сутки несколько длиннее звездных. Это объясняется одновременным вращением Земли вокруг своей оси и ее обращением вокруг Солнца. Тем не менее, люди живут по солнечному времени, так как практически весь органический мир приспособлен к суточным и годовым ритмам поступления солнечной энергии.

Поэтому на практике для упрощения счета времени используется система поясного времени, которая была принята на международном астрономическом конгрессе в 1884 г. Весь земной шар был разделен на 24 часовых пояса по 15º в каждом – от «нулевого до 23-го часового пояса. Счет поясов ведется на восток от нулевого (Гринвичского) меридиана, который является средним меридианом нулевого пояса. Граничными для этого пояса являются меридианы, проходящие по 7º30' з. д. и 7º30' в.д. В пределах данного часового пояса среднее солнечное время нулевого меридиана принято в качестве поясного времени. Таким образом, на нулевом меридиане совпадают местное, среднесолнечное и поясное время. Поясное время нулевого (Гринвичского) меридиана принято в качестве всемирного времени. Зная всемирное время, легко вычислить поясное время любого часового пояса.

Границы первого часового пояса проходят по меридианам 7º30' в.д. и 22º30' в.д. Поясное время этого часового пояса равно среднесолнечному времени для меридиана 15º в.д., что на 1 час больше времени нулевого часового пояса. Так можно рассчитать время любого часового пояса (рис.1).

Рис. 1.1. Распределение часовых поясов на Земле

Условные обозначения: средний меридиан часового пояса;

–––––––– пограничные меридианы часового пояса;

(1, 12,…, 23) –– номера часовых поясов

Для перевода местного времени в поясное и обратно существует формула

T_ⁿ – m= N – λº , где

T_ⁿ – поясное время, m – местное время, N – число часов, равное номеру пояса,

λº – долгота, выраженная в часовой мере.

Надо подчеркнуть, что границы часовых поясов с меридианами совпадают только в открытом море и на океанах. На суше для удобства границы проведены не строго по меридианам, а по естественным рубежам (рекам, горам) или с учетом государственных границ и административных делений крупных государств. В качестве примера приведем часовые пояса России (рис. 2).

Рис. 1. 2. Часовые пояса России

Важной характеристикой времени является линия перемены дат. Это условная линия проходит практически по меридиану 180º, на Чукотке отклоняясь к востоку (проведена по Берингову проливу). По обе стороны от нее часы и минуты совпадают, а календарные даты отличаются на одни сутки. Например, если мы пересекаем линию перемены дат 31 декабря с запада на восток, то в западном полушарии окажемся 30 декабря, и, наоборот, если мы переедем через данную линию 31 декабря с востока на запад, то окажемся уже 1 января в восточном полушарии.

На территории бывшего Советского Союза поясное время было введено 1 июня 1919 г. 16 июня 1930 г. в целях экономного использования светлого времени суток Постановлением Совнаркома (правительства) было введено декретное время, опережающее поясное время на один час. В некоторых странах время на один час переводят лишь на лето. С 1 апреля 1981г. в СССР для рационального использования дневного света и экономии электроэнергии было введено летнее время. Для перехода на летнее время стрелки часов в последнее воскресенье марта передвигаются на один час вперед, а в последнее воскресенье октября – на один час обратно. Летнее время на два часа больше, чем среднесолнечное время.

В настоящее время на метеорологических станциях нашей страны наблюдения проводятся по среднему гринвичскому времени (СГВ), равному среднесолнечному времени нулевого (Гринвичского) меридиана 8 раз в сутки: 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18, 21 час. Для удобства работы станций в книжках для записи наблюде­ний КМ-1 наряду со сроком по СГВ указывается поясное или поясное декретное время (зимнее или летнее); при необходимости можно указывать в скобках московское время (зимнее или летнее). Такие наблюдения позволяют строить карты погоды на большие территории в конкретный момент времени. В книге наблюдений время по Гринвичу записывается в числителе, а местное (декретное) время – в знаменателе.

Пример. Для станций V часового пояса срок наблюдений 18ч СГВ следует за­писать в книжку КМ-1: зимой — 18/00, летом — 18/01.

Наблюдения за видами солнечной радиации на всех актинометрических станциях проводятся по среднему солнечному времени в сроки 0³⁰, 6³⁰,

9³⁰, 12³⁰, 15³⁰, 18³⁰ часов. Использование среднего солнечного времени позволяет сравнивать между собой данные, полученные на разных станциях одной и той же широты, при одинаковой высоте солнца над горизонтом. Кроме того, по данным на станциях, расположенных на разных широтах, можно судить об изменении величин составляющих радиационного баланса от экватора к полюсам.