ЗМІСТ
1. Хмари. Основні рівні в атмосфері, пов’язані з утворенням і будовою хмар 5
2. міжнародна класифікація хмар 8
2.1. Перисті хмари - Cirrus (Сi) 10
2.2. Перисто-купчасті хмари - Сirrocumulus (Сc) 11
2.3. Перисто-шаруваті хмари - Cirrostratus (Сs) 12
2.4. Висококупчасті хмари - Altocumulus (Ас) 13
2.5. Високошаруваті хмари - Altostratus (As) 14
2.6. Шарувато-купчасті хмари - Stratocumulus (Sc) 15
2.7. Шаруваті хмари - Stratus (St) 17
2.8. Шарувато-дощові - Nimbostratus (Ns) 18
2.9. Купчасті хмари - Cumulus (Cu) 18
2.10. Купчасто-дощові - Cumulonimbus (Cb) 20
3. Фізична будова хмар 21
4. хмарність. добовий та річний хід хмарності 25
5. індивідуальне завдання до самостійної роботи та проведення практичного заняття 27
6. Проведення практичного заняття 33
7. КОНТРОЛЬНІ заПИТАННЯ 35
Список використаної літератури 37
Додатки 38
ВСТУП
Дані методичні вказівки розроблені до виконання самостійної роботи та проведення практичного заняття 2 з теми „Конденсація водяної пари у атмосфері.” при вивченні дисципліни „Метеорологія та кліматологія” напрямку підготовки 6.040106 „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування” денної та заочної форм навчання.
Конденсація водяної пари може відбуватися на землі, земних предметах, в нижніх шарах атмосфери та у вільній атмосфері. Саме останній вид конденсації водяної пари спричиняє утворення хмар. Вивченню хмар велику увагу приділяли метеорологи здавна. Хмари мають велике значення в прогнозуванні різних метеорологічних явищ, пов’язаних з ними та погоди, яка в значній мірі впливає на всі сторони практичної діяльності людини та має велике значення для різних галузей народного господарства.
Перша міжнародна класифікація з’явилася ще в ІХ столітті. Вона уточнювалась і доповнювалась різними вченими. В теперішній час користуються класифікацією хмар, що викладена в даних методичних вказівках.
При проведенні практичного заняття з вищезазначеної теми використовується також створена електронна база „Атлас хмар”, яка дозволить студентам максимально наочно і в повному обсязі набути як теоретичних, так і практичних навичок у визначені різних хмар, процесів, що спричиняють їх утворення та метеорологічних явищ, до яких вони призводять. Використання спеціально розроблених програм „Тренінг - Хмари”, „Тест - Хмари” надає можливість вдосконалення отриманих студентами знань та проведення незалежного комп’ютерного тестування.
Мета роботи: набуття студентами теоретичних знань у визначенні форми, сімейства та роду хмар, їх фізичної будови, основних характеристик і процесів їх утворення та відповідних практичних вмінь на основі виконання індивідуального завдання, проходження тренінгу та тестування з використанням комп’ютерної техніки.
1.Хмари. Основні рівні в атмосфері, пов’язані з утворенням і будовою хмар
Конденсація водяної пари в атмосфері може відбуватися не тільки на земних предметах (роса, іній, паморозь, ожеледиця та ін.) та в нижніх шарах атмосфери (тумани, димки та ін.), а й у вільній атмосфері. Якщо конденсація або аблімація водяної пари відбувається на деякій висоті над земною поверхнею, то утворюються хмари, які мають багато спільного з туманом, але відрізняються від нього більшою висотою, великою різноманітністю зовнішніх форм і фізичною будовою.
Процеси, при яких зміна стану будь-якого тіла чи об’єму відбувається без отримання тепла та без його віддачі оточуючому простору, називають адіабатичними. Атмосферні процеси, не є суто адіабатичними, особливо в нижньому, приземному шарі, де повітря знаходиться в безпосередній близькості з джерелом нагріву. Але в багатьох випадках ці процеси можна вважати адіабатичними.
Адіабатичний процес, що протікає в сухому чи у вологому ненасиченому повітрі, називають сухоадіабатичним. Виділимо деякий об’єм ненасиченого повітря, що піднімається в атмосфері. Потрапляючи в більш розріджені шари, він розширюється і тим самим виконує роботу, на яку витрачається певна кількість енергії. Без притока тепла іззовні робота по розширенню повітря відбувається за рахунок внутрішньої теплової енергії даної маси повітря, в результаті її температура знижується. При опусканні ж повітря потрапляє в шари з більш високим тиском і стискається за рахунок зовнішніх сил. Це збільшує запас внутрішньої енергії маси повітря, і спостерігається навпаки підвищення її температури.
Таким чином, при адіабатичному піднятті маси повітря температура його знижується (динамічне адіабатичне охолодження), при адіабатичному опусканні – підвищується (динамічне адіабатичне нагрівання). Мірою охолодження чи нагрівання сухого повітря при його адіабатичній зміні є сухо адіабатичний градієнт а – зміна температури сухого або не насиченого паром повітря при піднятті або опусканні його на кожні 100м:
– а 1 град / 100м,
при чому знак „мінус” означає, що температура з висотою знижується.
Хмари - скупчення продуктів конденсації або аблімації водяної пари на деяких висотах у вільній атмосфері. Утворення хмар відбувається головним чином в результаті адіабатичного охолодження повітря або його охолодження випроміненням.
Висота хмар і їх будова пов’язана з розташуванням деяких основних рівнів в атмосфері, до яких відносяться:
рівень конденсації;
рівень нульової ізотерми;
рівень крижаних ядер;
рівень конвекції.
Рівень конденсації практично співпадає з нижньою межею хмарності. Між рівнем конденсації та нульовою ізотермою хмара складається з водяних крапель (в окремих випадках сніжинок, що тануть). Вище за рівень нульової ізотерми складовими елементами хмари є переважно водяні крапельки. Наявність переохолоджених крапель в хмарах спостерігається до рівня льодяних ядер. Рівень льодяних ядер розташовується в середньому на тій висоті, де температура знижується до -120С - 150С. Вище за цей рівень відбувається вже аблімація водяної пари, і хмара в основному складається з льодяних кристалів.
В хмарі не існує різкої межі між рідинними і твердими елементами води. Перехід з одного агрегатного стану в інший відбувається поступово. В хмарі існують могутні перехідні шари, в яких одночасно можуть бути присутні переохолоджені крапельки і льодяні кристали.
На рис. 1 показана схема будови хмари в загальному вигляді. Ця схема представляє вертикальний розріз потужно розвинутої по вертикалі хмари, основа якої розташована в області додатних температур, а вершина захоплює зону льодяних кристалів. Положення верхньої межі хмари визначається рівнем конвекції, що частіше всього співпадає із затримуючими шарами. Такими є шари з малим вертикальним температурним градієнтом або інверсійні шари (із стійкою стратифікацією), що перешкоджають розвитку висхідних рухів повітря.
Елементи, з яких складається хмара, не знаходяться постійно в нерухомому завислому стані. Під дією висхідних рухів повітря вони можуть підійматися вгору. При ослабленні висхідних струмів під впливом сили тяжіння вони опускаються вниз. При таких рухах в хмарі відбувається зміна температури і відносної вологості, а отже, змінюється і її агрегатний стан.
Під дією вітру хмари переміщуються в горизонтальному напрямі, і в них часто розвиваються турбулентні рухи. Навколо хмари повітря, зазвичай, не насичене водяною парою, тому з периферії хмари безперервно відбувається випаровування і перенесення вологи в оточуюче повітря, але під дією висхідних струмів хмара безперервно одержує додатковий
притік вологи. Цим підтримується її існування. Таким чином, в одній частині хмара розвивається, а в іншій тане.
Рис.1 Схема агрегатного стану хмари
а - зона кристалів; б – зона, де переважають кристали; в - зона інтенсивного замерзання; г – зона, де переважають переохолоджені крапі; д - шар танення; е - зона водяних крапель; ж - змішана зона; з - нульова ізотерма; и - нижня межа хмари; к - верхня межа хмари
Хмари можуть існувати в тих шарах атмосфери, де створюються для цього сприятливі умови. За відсутності таких умов вони розтікаються і випаровуються.