98

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

ІНСТИТУТ ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

(м. РУБІЖНЕ)

ФАКУЛЬТЕТ ХІМІЧНИХ НАУК

КАФЕДРА ЕКОЛОГІЇ

МЕТЕОРОЛОГІЯ І КЛІМАТОЛОГІЯ

Практичні заняття

2011

Метеорологія і кліматологія. Практичні заняття (для студентів напряму підготовки 6.040106 “Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”) /Укладач Куцька Н.Б. – Рубіжне: ІХТ СНУ ім. В. Даля, 2011. − 95с.

Методичні вказівки містять план, зміст та короткі теоретичні відомості до теоретичного матеріалу з дисципліни «Метеорологія і кліматологія», формують основні знання та вміння, які отримують студенти під час практичних занять

Зміст

Практичне заняття 1. Метеорологічні спостереження 4

Практичне заняття 2 Промениста енергія 13

Практичне заняття 4. Водяна пара в атмосфері 31

Практичне заняття 5. Атмосферний тиск і густина повітря 38

Практичне заняття 6. Рух повітря. Вітер 45

Практичне заняття 7. Клімат 53

Практичне заняття 8. Кліматоутворення та коливання клімату 59

Рекомендована література 61

Додаток А 63

Додаток Б………………………………………………………………..65

Додаток В……………………………………………………………….91

Додаток Д……………………………………………………………….95

Практичне заняття 1. Метеорологічні спостереження

Зміст: Метеорологічні спостереження. Знайомство зі структурою метеорологічної мережі, метеорологічних станцій, об’ємом та строками метеорологічних спостережень. Поняття про істинний та середній сонячний, поясний та місцевий час.

За результатами практичного заняття студент повинен знати:

- структуру метеорологічної мережі, метеорологічних станцій;

- основні вимоги до метеорологічних спостережень;

- порядок, об’єм та строки метеорологічних спостережень;

- послідовність визначення місцевого і поясного часу;

- приладами і устаткування для метеорологічних спостережень.

- розташування території України стосовно годинних поясів.

Повинен вміти:

1) розробити план метеорологічного майданчика відповідно до вимог метеорологічних спостережень;

2) розв’язувати задачі на переведення місцевого часу в поясний, декретний, грінвіцький і навпаки.

Теоретичні відомості

1 Основні вимоги до метеорологічних спостережень. Основними вимогами, пропонованими до метеорологічних спостережень, є: репрезентативність (характерність), безперервність, достовірність, однорідність і порівнянність цих спостережень.

Репрезентативними називаються такі спостереження, які доставляють метеорологічні дані, показові не тільки для самого місця спостережень, але і для всього більш-менш великого району, в якому знаходиться метеорологічна станція. Інакше кажучи, ці спостереження не повинні бути піддані впливу випадкових місцевих умов - близько розташованих будівель, дерев, пагорбів, окремих боліт, водойм тощо.

Спостереження, крім того, повинні бути безперервними. Пропуск хоча б одного спостереження значно знецінює отримані станцією метеорологічні дані. Достовірність спостережень є найважливішою умовою, від якої залежить якість метеорологічних даних. Ця умова може бути легко забезпечена, якщо спостерігач добре знає і сумлінно виконує доручену йому справу. Останніми двома основними вимогами, яким повинні відповідати метеорологічні спостереження, є їх однорідність і порівнянність. Щоб отримати правильне уявлення про фізичні процеси і явища, що відбуваються в атмосфері, необхідно проводити спостереження в багатьох куточках земної кулі. Для цього, на території майже всіх країн створено велику кількість метеорологічні станції. Спостереження цих станцій доставляють величезний матеріал, на основі якого вивчаються атмосферні явища і їх розвиток в просторі і в часі. Успіх такого вивчення залежить, насамперед, від того, наскільки однорідним в часі буде ряд спостережень кожної окремо взятої станції, а також кілька дані спостережень всіх або, принаймні більшості станцій виявляться порівнянними між собою. Для того щоб метеорологічні спостереження, вироблені в різних пунктах, були схожі між собою, необхідно строге дотримання всіх раніше викладених вимог, а саме, щоб спостереження на всіх станціях були достатньо репрезентативними, своєчасними, абсолютно достовірними: і наскільки це можливо однорідними.

Місце спостережень. Правильний вибір місця для спостережень є завжди дуже важливим, а нерідко і досить важкою справою. Кожен, кому довіряти вибір такого місця, повинен добре пам’ятати, що результати його роботи багато в чому, якщо не в основному, визначають якість спостережень, може бути, на довгі десятиліття. Спостереження за більшістю метеорологічних елементів проводяться станцією на метеорологічному майданчику. Місце, призначене для метеорологічного майданчику, повинно задовольняти наступним вимогам: бути відкритим, рівним і приблизно горизонтальним.

Після того, як відповідне місце вибрано, проводиться розбивка метеорологічної майданчики з таким розрахунком, щоб вона мала форму прямокутника, сторони якого були б спрямовані з півночі на південь і зі сходу на захід. Розміри майданчика залежать від кількості приладів установок, які передбачається на ній розмістити. Стандартні розміри майданчика 26 х 26 м.

Дуже відповідальною справою є правильне розміщення на майданчику метеорологічних приладів і установок. Основне, що при цьому слід мати на увазі, це виключення можливості затінення іншими приладами термометрів для визначення температури ґрунту. Тому найбільш високі установки, наприклад флюгери, розміщуються в північній частині майданчика, а в південній встановлюються ґрунтові термометри. Взагалі ж слід домагатися такого положення, при якому розташовані на майданчику прилади не чинили б взаємного впливу на свої свідчення і не порушували б вільного обміну повітря. Ця умова може бути забезпечено, якщо:

а) відстань між сусідніми установками буде дорівнювати приблизно 5 м;

б) всі установки, за винятком флюгерів, встановлються не ближче 4-5 м до західної та східної сторонам огорожі;

в) ґрунтові термометри будуть розміщені таким чином, що їх не досягне найдовша тінь, падаюча від південної сторони огорожі (рис. 1.1).

Слід прагнути, щоб огорожа, яку, як правило, повинен мати кожен метеорологічний майданчик, була стандартна - зроблена з дротяної сітки, або з дроту, натягнутого в 6-7 рядів на дерев'яних стовпах заввишки 1,5 м. З однієї зі сторін (бажано з північної) огорожа повинна мати хвіртку, що замикається на замок.

Рисунок 1.1 - Схематичний план метеорологічного майданчика з великим обсягом робіт.

1 - флюгер з легкої дошкою, 2 - флюгер з важкої дошкою, або анеморумбомер, 3 - ожеледний верстат, 4 - будка для самописців, 5 - будка психрометрична, 6 - будка запасна, 7 - плювіограф, 8 - опадомір, 9 - стовп для теодоліта, 10 - геліограф, 11, 12, 13, 14 - стовпи або підставки для установки актинометричних приладів, 15- оголена ділянка для встановлення грунтових і колінчатих термометрів, 16 - ділянка з природним покривом для установки витяжних термометрів, 17 - снегомірна рейка, 18 - мерзлотомір, 19 - запасний стовп для опадоміра. Всі відстані між установками вказані і метрах.

Після установки приладів метеорологічних на майданчику прокладаються спеціальні доріжки шириною 40-50 см з таким розрахунком, щоб спостерігач мав можливість виробляти всі спостереження в установленому порядку з найменшою витратою часу на перехід від однієї установки до іншої. Доріжкам в поперечному перерізі надається опукла форма, яка полегшує стік води до країв доріжки і подальше просочування її в грунт.

На станціях з невеликим обсягом робіт може бути огороджена менша площа, але не менш 20 х 16 м. До кожної установки доріжка повинна приводити спостерігача обов'язково з північної сторони з тим, щоб уникнути зайвого ходіння, так як установки на майданчику звернені дверцятами на північ, а головне, щоб не затьмарювати прилади при наближенні до них.

Проведення метеорологічних спостережень. Порядок і терміни виробництва спостережень. На метеостанціях спостереження за температурою повітря і ґрунту, вологістю повітря, швидкістю вітру і його напрямків, атмосферним тиском ведуть вісім разів на добу (через кожні 3 години). А кількість опадів визначають в 3, 9, 15 і 21 год. Висоту снігового покриву і глибину промерзання ґрунту заміряють раз на добу - о 8 год. Вологість ґрунту визначають восьмого дня кожної декади місяця.

Висока якість спостережень, як вже зазначалося, досягається не тільки їх репрезентативністю. Для того щоб метеорологічні дані були досить однорідними і порівнянними, необхідно ще суворе дотримання порядку і строків спостережень.

Термінами спостережень називаються певні, точно встановлені моменти часу, з настанням яких на всіх станціях виробляються метеорологічні спостереження. Для всіх метеорологічних станцій України обов'язковими термінами спостережень є 0, 6, 15 і 18 годин за місцевим середнім сонячним часом. Ці терміни називаються основними, або кліматологічними, так як на підставі порівняння та наукового узагальнення даних, отриманих в ці терміни, вивчається клімат.

Оскільки під "моментом часу" розуміється як правило мить, то кожному повинно бути ясно, що практично точно в строк може бути вироблено спостереження тільки за одним метеорологічним елементом. Насправді так воно і відбувається - точно в кліматологічні терміни завжди і скрізь проводяться спостереження тільки за температурою повітря.

Таким чином, весь склад термінового спостереження виконується протягом деякого (близько 30-40 хвилин) проміжку часу, в середині якого, тобто в момент, точно відповідає терміну спостережень, проводиться відлік свідчення основного, так званого "сухого" термометра, встановленого в метеорологічній будці.

Часові пояси країн світу. Розділити всю Землю на 24 годинні пояси по 15 градусів у кожному, а за нульову лінію взяти Гринвичский меридіан - середину нульового пояса запропонував канадський інженер-зв'язківець Сендфорд Флемінг (Sandforf Flemming, 1827-1915). У середині пояса час приймається всюди однаковим, а на границі переводять стрілки на годину вперед або назад. Це рішення дозволяло значно спростити розрахунок тимчасових виправлень: різниця між двома годинними поясами завжди залишалася кратною цілій годині. При цьому відхилення від природного сонячного часу не повинне було перевищувати 30 хвилин. В 1883 р. ідею Флемінга прийняв уряд США, а в 1884 р. на міжнародної конференції у Вашингтоні 26 країн підписали угоду про часові пояси й поясний час. Було вирішено, що границі поясів не обов'язково повинні проходити строго по меридіанах - з метою зручності вони погодяться з державними й адміністративними границями. Тому в деяких регіонах, які живуть за поясним часом, відхилення часу від сонячного може досягати години й більше. У наші дні більша частина світу живе саме за поясним часом - просто тому, що це зручно.

Наступним кроком стала ідея літнього й зимового часу. Лондонського підрядник Вільямс Уіллетт пропонував переводити час на 20 хвилин уперед щонеділі квітня, а потім відігравати різницю назад у вересні, і стверджував, що це дозволить країні зменшити витрати на освітлення. Ідея Вільямса Уіллетта була реалізована британським урядом в 1916 р. Досить швидко англійці прийшли до схеми з одноразовим переведенням стрілок на одну годину. Після закінчення Першої світової їхній досвід стали поступово переймати інші держави, що побачили в сезонному переведенні стрілок непогану можливість заощадити. Зараз по системі літній-зимовий час живе більше 80 країн світу.

Середній сонячний час, обумовлений для 24 основних географічних меридіанів, що відстоять на 15 градусів по довготі. Поверхня Землі розділена на 24 годинні пояси (з номерами від 0 до 23), у межах кожного з яких поясний час збігається з часом у основному меридіані, по проходить через цей пояс. Поясний час у суміжних поясах різниться на 1 годину. Рахунок поясів ведеться із заходу на схід. Основним меридіаном нульового пояса є Гринвічський меридіан. Різниця (у годинниках) між поясним часом якого-небудь пояса й всесвітнім часом дорівнює номеру пояса. Поясний час деяких поясів має власну назву, наприклад, поясний час нульового пояса називають західноєвропейським. Більша частина території України розташована в 2-му годинному поясі. І хоча в крайніх західних і східних пунктах нашої країни місцевий час відрізняється від поясного більш як на півгодини, для зручності на всій території України запроваджено єдиний для всіх місцевостей поясний час. Середній меридіан 2-го годинного поясу (30⁰ сх. д.) проходить майже через Київ. Тому час 2-го поясу на території України називають київським. За київським часом здійснюються рух поїздів, рейси автобусів і літаків, міжміський телефонний і телеграфний зв'язок в нашій державі.

Карта годинних поясів (рис. А1 Додаток А). Карта годинних поясів відображає поділ земної поверхні на годинні пояси. Сусідні пояси зафарбовані в різний колір, щоб легше їх розрізняти. Межі поясів на морях і океанах проведені прямолінійно по меридіанам. На суходолі ж для зручності їх проведено по державним і адміністративним кордонах. Номери годинних поясів зазначено на верхній рамці карти. Там само підписано й величини меридіанів у градусах. На нижній рамці карти цифрою зазначено різницю в часі між даним годинним поясом і початковим. Знак «+» чи «–» біля цифри вказує на те, яку дію слід зробити (відняти чи додати), щоб визначити поясний час відносно початкового. Це важливо знати людям, що переїжджають з одного годинного поясу в інший. Як видно з карти, переміщуючись на захід, стрілку годинника слід переводити на 1 год назад, якщо на схід – на 1 год вперед.

Обладнання

1 Глобус; 2 Фізична карта світу М 1 : 10000000; 3 Географічні атласи;

4 Роздаткові матеріали «Годинні пояси».

Задачі для самостійного розв'язання

1.1 На меридіані 180⁰ тільки-но розпочався новий день — 5 жовтня. Визначте місцевий час Полтави (34⁰33' сх.д.), Ріо-де-Жанейро (43⁰20' зх.д.).

1.2 Визначте місцевий час у Лубнах (33⁰00' сх.д.) і в Карлівці (35⁰08' сх.д.), якщо у Полтаві він 12 год. 13 хв.

Методичні вказівки: при виконанні завдань 1 і 2 слід скористатися співвідношенням виміру часу і географічної довготи, обумовлене кутовою швидкістю осьового обертання Землі (15⁰ за годину) 15 — 1 год.; 1 — 4 хвилини, 1' — 4 секунди. Послідовність виконання дій має бути такою: а) знайти різницю географічної довготи двох пунктів; б) перевести цю різницю у часову міру за допомогою наведеного вище співвідношення; в) додати знайдену різницю до відомого часу, якщо пункт, час якого визначається, розташований на схід від заданого пункту, відняти знайдену різницю, якщо цей пункт розташований на захід від пункту з відомим часом.

1.3 Визначити: а) в яких часових поясах розташовані міста:

І Каїр 4 Канбера

2 Свердловськ 5 Лос-Анджелес

3 Ігарка 6 Нью-Йорк

б) Який поясний час в цих містах, якщо в Полтаві 22 год.?

Чи варто замовляти телефонну розмову з цими містами в цей час?

Методичні вказівки: Для виконання завдання слід скористатися картою годинних поясів у географічному атласі або в роздаткових матеріалах. Пам’ятайте, що нумерація годинних поясів ведеться від 0 до 23 номера (всього 24) у напрямку із заходу на схід, починаючи від нульового меридіана. Нумерація годинних поясів є наскрізною для східної і західної півкуль (на відміну від географічної довготи).

1.4 У Полтаві поясний час 1 год. 32 хв. 6 жовтня. Визначте поясний час Парижа (2⁰20' сх. д.); Владивостока (131⁰55'); Мадрида (3⁰46' зх. д.) і Мехіко (99⁰ зх.д).

Методичні вказівки: Послідовність виконання дій має бути такою: а) визначити номери годинних поясів двох пунктів; б) знайти різницю номерів цих пунктів; в) додати знайдену різницю, якщо пункт, час якого потрібно визначити, знаходиться на схід від заданого пункту; відняти знайдену різницю, якщо цей пункт знаходиться на захід від пункту з відомим часом.

Якщо пункти знаходяться у різних півкулях (східній та західній), слід врахувати лінію зміни дат.

1.5 Перевести місцевий час в поясний, якщо за місцевим часом 14 год. 25 хв. для наступних міст:

1 Каїр (31,2⁰ сх.д.)

2 Канбера (149,1⁰ сх. д.)

3 Лос-Анджелес (118⁰ зх. д.)

4 Полтава (34⁰33' сх. д.)

Методичні вказівки: Для виконання завдання слід виконати таку послідовність дій: а) знайти номер годинного поясу, у якому розташовано пункт; б) перевести географічну довготу пункту у часову міру, скориставшись відомим співвідношенням: 15⁰ — 1 год., 1⁰ — 4 хв., 0,1⁰— 24 сек., 1' — 4 сек.;

в) підставити знайдені раніше значення до рівняння Т_n = m + N – λ, де Т_n – поясний час, m – місцевий час, N – номер поясу у часовій мірі, λ – географічна довгота, виражена в часовій мірі.

Для західної півкулі слід враховувати відмінності у відліку географічної довготи і годинних поясів. Відкориговане для західної півкулі рівняння має такий вигляд: Т_n = m + (24 – N) – λ

1.6 Визначте різницю у місцевому, поясному і декретному часі між Кременчуком (33⁰25' сх.д.) і Москвою (37⁰35' сх.д.) з урахуванням і без урахування чинника державного кордону.

Методичні рекомендації: Слід пам’ятати, що у Росії діє декретний час; у кожному годинному поясі час переведено на одну годину вперед. Якщо чинник державного кордону не враховується, декретний час не береться до уваги. За умови врахування зазначеного чинника, береться до уваги ще й різниця декретного і поясного часу.

1.7 Поїзд вийшов з Києва у Ташкент 5 серпня о 20 год. 40 хв. за Київським часом. поїзд йде від Києва до Ташкента 2 доби 20 годин. Якого числа і о котрій годині за поясним часом та місцевим часом поїзд прибуде у Ташкент? Ташкент — 69⁰17' сх.д.

1.8 У крайній східній точці України Сонце сходить на 22 хв. 40 сек. раніше, ніж у Полтаві. Визначити точну географічну довготу крайньої східної точки, якщо для Полтави — 34⁰33' сх.д.

Методичні вказівки: послідовність виконання дій має бути такою: а) перевести задану різницю у місцевому часі у градусну міру, користуючись співвідношенням: 1 год. — 15⁰, 1 хв. — 15', 1 сек. — 0,25'; б) додати обчислену у часовій мірі різницю часу до значення географічної довготи м. Полтави.

1.9 В якому місті і на скільки хвилин раніше зійде сонце:

а) у Вінниці чи у Львові? б) у Харкові чи в Одесі? в) у Львові чи Дніпропетровську? г) у Тернополі чи в Миколаєві? д) у Донецьку чи в Запоріжжі?

1.10 Як відрізняється місцевий час від поясного:

а) у Чернігові? б) у Житомирі? в) у Луцьку? г) у Запоріжжі?

1.11 Як відрізняється місцевий час від поясного:

а) у Миколаєві? б) у Харкові? в) у Донецьку? г) у Рівному?

1.12 Як відрізняється місцевий час від поясного:

а) у Львові? б) у Дніпропетровську? в) у Вінниці? г) у Сумах?

1.13 Як відрізняється місцевий час від поясного:

а) в Одесі? б) у Черкасах? в) в Івано-Франківську? г) у Кіровограді?

1.14 За місцевим часом у Рівному 13 год. 15 хв. Котра година в даний момент за місцевим часом у Черкасах?

1.15 За місцевим часом у Луганську 17 год. 05 хв. Котра година в даний момент за місцевим часом у Чернівцях?

1.16 За місцевим часом у Чернігові 20 год. 50 хв. Котра година в даний момент за місцевим часом у Сімферополі?

1.17 За місцевим часом у Кіровограді 19 год. 20 хв. Котра година в даний момент за місцевим часом у Херсоні?

1.18 У Києві 15 жовтня сонце заходить о 19 год. 10 хв. за поясним часом. О котрій годині за поясним часом у цей день зайде сонце в Івано-Франківську та Дніпропетровську?

1.19 У Києві 15 жовтня сонце заходить о 19 год. 10 хв. за поясним часом. О котрій годині за поясним часом у цей день зайде сонце у Луцьку та Харкові?

1.20 Корабель вийшов у плавання з Одеси до Сан-Франциско (США) 1 вересня. Плавання триватиме 23 доби. Якого числа корабель прибуде до порту призначення?

Приклади виконання типових задач

1.1 В якому місті і на скільки хвилин раніше зійде Сонце:

а) у Києві чи в Житомирі?

Розв'язання. 1) Київ — 30⁰30' сх. д. Житомир — 28⁰30' сх. д.; 2) 30⁰30' сх. д. - 28⁰30' сх. д. = 2⁰;

3) 2⁰ ∙ 4 хв. = 8 хв.

Відповідь. Сонце раніше зійде у Києві на 8 хвилин тому, що він лежить східніше Житомира на 2⁰.

1.2 Як відрізняється місцевий час від поясного у Львові?

Місцевий час у II часовому поясі співпадає з місцевим часом на меридіані 30⁰ сх. д.

Розв'язання. 1. Львів — 24⁰ сх. д.2. 30⁰ сх. д. - 24⁰ сх. д. = 6⁰

3. 6⁰ ∙ 4 хв. = 24 хв.

Відповідь. Місцевий час не встигає за поясним у Львові на 24 хвилини тому, що місто лежить західніше 30⁰ сх. д. на 6⁰.

1.3 У Києві 23 вересня Сонце сходить о 6.46 за поясним часом. О котрій годині за поясним часом у цей день зійде Сонце у Сімферополі?

Розв'язання. 1. Київ — 30⁰30' сх. д. Сімферополь — 34⁰ сх. д.

2. 34⁰ сх. д. - 30⁰30' сх. д. - 3⁰30'

3. 3⁰30' ∙ 4 хв. = 14 хв.

4. 6. 46 - 14 хв. = 6. 32.

Відповідь. Сонце зійде о 6. 32 у Сімферополі.

1.4 За місцевим часом у Києві 12.10. Котра година в даний момент за місцевим часом у Харкові?

Розв'язання. 1. Київ — 30⁰30'сх. д. Харків — 36⁰ сх. д.

2. 36⁰ сх. д. 30⁰30' сх. д. = 5⁰30'

3. 5⁰30' - 4 хв. - 22 хв.

4. 12.10 + 22 хв. = 12.32.

Відповідь. У Харкові за місцевим часом 12.32.

1.5 За картою часових поясів світу визначити поясний час:

у Лондоні, якщо у Києві 15.00;

Розв'язання. 1. Лондон — 0 час. пояс, Київ — II час. пояс,

Різниця у поясному часі — 2 год.

2. 15.00 - 2 год. = 13.00.

Відповідь. У Лондоні за поясним часом 13.00.

1.6 О котрій годині ви прибудете до Києва, якщо вилетіли із Ташкента о 19.00, а політ тривав 4 год.?

Розв'язання. Ташкент — V час. пояс, Київ — II час. пояс, Різниця у поясному часі — 3 год. 2. 19.00 - 3 год. + 4 год. польоту = 20.00.

Відповідь. До Києва пасажири прибудуть о 20.00.

Контрольні запитання

1 Поняття про головні методи метеорології і кліматології.

2 Поняття про метеорологічні спостереження та метеорологічні елементи і явища.

3 Організація спостережень на метеостанціях. Метеорологічний майданчик. Схема метеорологічного майданчика.

4 Приладами і устаткування на метеорологічному майданчику.

5 Терміни метеорологічних спостережень, синхронність та репрезентативність метеорологічної інформації.

6 Через які проміжки на карті світу земну поверхню поділено на годинні пояси? Яка різниця в часі між сусідніми поясами?

7 Чому межі годинних поясів на суходолі та в океанах проведено не прямолінійно? Звідки починають відлік годинних поясів? Який годинний пояс називають нульовим?

8 Основні види часу, що використовують на Землі. Місцевий і поясний час. Лінія зміни дат.

9 Розташування території України стосовно годинних поясів. На скільки відрізняється час в Україні від західноєвропейського та середньоєвропейського часу?

Рекомендована література: [1], с.8-17; [3]; [4] с. 50-65.