1.Метео-ия и климат-ия как науки. Задачи и структура метео-ии и климат-ии. Метеорология-наука, изучающая процессы и явления, наблюдающиеся в атмосфере. Структура метеорологии: физика атмосферы (изучает физические свойства), синоптическая (изучает прогноз), динамическая (процессы), аэрология (особенности строения до 40км), аэрономия (физ. и хим. процессы выше 40 км), метеорология аэрозолей, спутниковая метеорология (мониторинг атмосферы), прикладная метеорология (возможности использования). Климатология-наука о климате, его формировании и изменениях. Структура климат-ии: общая климат-ия (основы формирования климата), климатография(многообразие климата), динамическая климат-ия (физ-кие законы, формирование климата),статистическая климат-ия(вероятность), палеонтология (климаты прошлого),прикладная климатология (туристическая климатология).

2. История развития метео-ии и климат-ии. Метеорологические и климатические исследования на территории Беларуси.

1.1-ый свод знаний об атм-ых явлениях был составлен Аристотелем, его определяли представления об атмосфере. В ср. века регистрировались наиболее выдающиеся атмосферные явления: катастрофические засухи, холодные зимы, дожди и наводнения.

Научное изучение атмосферы началось с XVII в., совпадало с периодом развития естественных наук. Были изобретены термометр (Галилей,1597 г.), барометр (Торичелли,1643 г.), дождемер, флюгер. М. В. Ломоносов в середине XVIII в. изобрел анемометр для измерения скорости ветра, разработал схему образования грозы. К сер. XVIII столетия М.В.Ломоносов уже считал метеорологию сам. наукой со своими методами и задачами, из кот. главной было «предсказание погод»; он создал 1-ую теорию атм-ого эл-ва, построил метео-ие приборы, высказал ряд важных соображений о климате и о возможности научного предсказания погоды. Во вт. половине XVIIIв. создана в Европе на добровольной основе сеть из 39 метео-их станций(3 в России). В 50-е годы XIX в. получила развитие синоптическая метео-ия. В сер. XIX ст. возникают первые гос-ые сети станции, трудами А.Гумбольдта и Г.Д.Дове в Германии закладываются основы климат-ии. К сер. XIX в. относится организация первых метео-их институтов. С появлением летательных аппаратов люди получили возможность изучения атмосферы в слоях, удалённых от земной поверхности. В 1930 г. советский учёный П.А.Молчанов изобрёл радиозонд. Важный этап в развитии клим-ии - внедрение картогр-ого метода. Первая карта изотерм земного шара была создана А.Гумбольтом (1817 г.), а карты изобар, отображающие распределение атм-ого давление, были построены Буханном в 1869 г.

Развитие метео-ии вXX ст. шло нарастающими темпами. Большие успехи достигнуты в обл. аэрологических исследований, огромное значение приобрели проблемы загрязнения атмосферы и распространения примесей естественного и антропогенного происхождения. Потребовалось создание специальной службы загрязнений.

2. Метео-ая сетка на территории РБ начала появляться ещё в нач.19в. Первые метео-ие наблюдения начались на станции в Могилёве, Витебске, а потом и в Бресте, Бобруйске, Горках, Свислаче, Минске. На территории РБ создана разносторонняя сетка метеор-их наблюдений, которая подчиняется Всемирной метеорологической организации. Админ-ное командование осуществляется Департаме-ом по гидрометеорологии Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды. На сег.день функционируют 204 метеостанции и гидрометео-их поста. Наблюд. за солнечной радиацией на территории РБ проводят 10 станций.

3. Общ. представления об атм-ре. Роль атм-ры в геогр-ой оболочке. История развития атм-ры: первичная, вторичная, третичная,современная.

1.Атмосфера — газовая оболочка, окруж-ая планету Земля, одна из геосфер. Атмосфера Земли возникла в результате 2-х процессов: испарения вещества косм-их тел при их падении на Землю и выделения газов при вулкан-их извержениях. В настоящее время атм-ра Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).Концентрация газов, сост-их атмосферу, практически постоянна, за исключением воды и угл-го газа (CO₂). Состав сухого воздуха: азот, кислород, аргон, углекислый газ, неон, гелий, метан, криптон, водород, ксенон, закись азота.

2. На протяж. истории Земли атм-ра играла больш. роль в процессе выветривания. В этом процессе участвовали атм-ые осадки, они образовывали реки.Не менш. значение имела деят-ть ветра, перенос-го мелкие фракции горных пород на большие расстояния. Влияли на разруш. горных пород колебания темп-ры и др. атм-ые факторы. Наряду с этим ат-ра защищ. поверх-ть Земли от разруш-го действия пад-их метеоритов, большая часть которых сгорает при вхождении в плотные слои атм-ры.

3. Атм-ра Земли перебыла в 3-х различных составах. Первонач. она сост. из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межплан-го пространства. Это первичная атмосфера. На след. этапе активная вулкан-ая деятельность привела к насыщению атмосферы и др. газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера(восстановительная).Далее процесс образования атмосферы определялся след. факторами: -утечка легких газов (вод-да и гелия) в межплан. пространство; -хим. реакции под влиянием ультрафиол-го излуч., гроз-х разрядов и др. факторов.

Постепенно привели к образованию третичной атмосферы, характериз-ся меньшим содерж-ем водорода и большим - азота и углекислого газа.

4.Строение атмосферы: тропосф.,стратосф.,мезосф.,термосф.,экзосф.Характеристика слоёв. Атмосфера— воздуш. Об. З., вращающ. вместе с ней. Развитие атмосф. тесно связано с геологич. и геохим. процессами, протек. на нашей планете, с деятельностью жив. орг-ов. Нижняя граница атмосф. совпадает с поверхн. З., т.к. воздух проникает в мельч. поры в почве и растворён даже в воде. Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит в косм. пространство. Благодаря атмосф. в кот. содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атм-ый кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями. Атм-ра задерживает большую часть ультрафиол-го излуч. Солнца, кот. губительно действует на жив. орг-мы. Также она удерживает у пов-ти З. тепло, не давая нашей планете охлаждаться.

Пограничный слой – нижний слой тропосферы примыкающий к поверхности Земли (1-2 км) в кот. Сост-е и св-ва этой повер-ти влияет на динамику атм-ры. Тропопауза-переходный слой от тропосферы к стратосфере. Стратосфера - слой атм. на высоте 11-50 км. Незнач. изменение темп-ры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение в слое 25—40 км от −56,6 -0,8°С(верхний слой стратосферы или обл. инверсии). На высоте около 40 км значения около 273К (почти 0 °C), темп-ра остаётся пост. 55 км. Стратопауза- пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В верт. распределении тем-ры имеет место макс. (около 0 °C). Мезосфера - 50 км до 80—90 км. Темп-ра с высотой понижается. Осн. Энерг-им процессом явл-ся лучистый теплообмен. Сложные фотохим-ие процессы с участием возбуждённых молекул обусл. свечение атм-ры. Мезопауза- переходный слой между мезосферой и термосферой. В верт. Распред. Темп-ры имеет место min (около —90 °C). Линия Кармана - высота над ур-м моря, условно принимается как граница между атмосферой Земли и космосом. На высоте 100 км над ур. моря. Термосфера - верхний предел — 800 км. Темп-ра растёт до высот 200-300 км, где достигает значений порядка 1226,85 C, после остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием солн. радиации и косм. происходит ионизация воздуха («полярные сияния»). В периоды низкой активности происходит уменьш. размеров этого слоя. Термопауза - область атм-ры, прилегающая сверху к термосфере. В этой обл. поглощение солн. излучения незначительно и темп-ра почти не меняется с высотой. Экзосфера - зона рассеяния, внешняя часть термосферы распол. выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён.

5.Химический состав воздуха имеет важное значение в осуществлении дыхательной функции. Атмосферный воздух – это смесь газов: кислорода, угл. газа, аргона, азота, неона, криптона, ксенона, водорода, озона и др. Кислород – наиболее важен. В покое человек поглощает 0,3 л/мин. При физ. деятельности потребление кислорода возрастает, может достигать 4,5 –8 л/мин. Колебания содержания кислорода в атм-ре не превышают 0.5%. Если содер-е кислорода уменьш. до 11-13%, появл-ся явления кислородной недостаточности.Содер-е кислорода 7-8% могут привести к смерти. Углекислый газ – без цвета и запаха, образ-ся при дыхании и гниении, сгорании топлива. В атм-ре сост-ет 0,04%, в промзонах – 0,05-0.06%. При большом скоплении людей может увелич-ся до 0,6 – 0,8%. При продолжительном вдыхании воздуха с содержанием 1-1,5% угл-го газа отмечается ухудшение самочувствия, при 2-2,5% - патологические сдвиги. При 8-10% потеря сознания и смерть, воздух имеет давление, называемое атм-ым или барометрическим. Оно измер-ся в(мм.рт.ст.), гектопаскалях(гПа), миллибарах(мб). Норм. принято считать давление атм-ры на ур. моря на широте 45˚ при темп-ре воздуха 0 ˚С. Оно равно 760 мм.рт.ст. Воздух в помещении считается недоброкач-ым, если он содержит 1% угл. газа. Эта величина принимается как расчётная при проектировании и устройстве вентиляции в помещениях. Воздух без вод-го пара называют сухим воздухом. У зем­ной повер-ти сухой воздух на 99% состоит из азота (78% по объему или 76% по массе) и кислорода (21% по объ­ему или 23% по массе). Оба эти газа входят в состав воздуха у зем. Пов-ти в виде 2-хатомных молекул (N2 и О2).Оставшийся 1 % приходится почти целиком на аргон (Аr). Всего 0,08% остается на угл. газ (СО2). Многочислен­ные др. газы входят в состав воздуха в тысячных, мил­ных и ещё меньших долях процента. Это криптон, ксенон, неон, гелий, водород, озон, йод, радон, метан, аммиак, перекись водорода, закись азота и др. Они всегда сохр. газообраз­ное состояние при наблюдающихся в атм-ре темп-рах и давлениях не только у зем. Пов-ти, но и в высоких слоях. Вод. пар является одной из важнейших составных частей зем. атм-ры. Он непрерывно поступает в атм-ру из-за испарения воды с пов-ти водоёмов, почвы, снега, льда и раст-го покрова. В среднем 23% солн. рад., приходящей на зем. пов-ть, затрач-ся на испарение воды с океанов, морей и суши. Часть испарившейся влаги конденсируется над океаном, образует облака, порождающие осадки, и возвращается в океан, совершив малый круговорот (влагооборот). Остальной вод. пар переносится воздуш. течениями в глубь материков, где в конечном счёте выпадает в виде жидких или твёрдых осадков. Осадки просачиваются в почву, образуя грунтовые воды, частью стекают через ручьи и реки в моря и океаны, завершая большой круговорот (влагооборот). Вода, содерж-ся в атм-ре и в почве во всех видах, входит в число важнейших природных ресурсов, необходимых для существования человечества. Атм-ый газ включ. целый ряд примесей, находящихся в твёрдом и жидком состояниях. Все они естественного или искусственного происхождения, имеют различный хим. состав, размеры, форму и физ. Св-ва. Эти частицы — аэрозоли в атмосфере. Особенно большое кол-во аэрозолей промыш-го происхождения находится в атм-ре больших городов (в 1 куб.см содержатся тысячи/сотни тысяч частиц). Над промышленными городами в атм-ре нередко «висят» десятки тысяч тонн сажи и пыли. Аэрозоли в атм-ре перемеш-ся с крупными частицами пыли, воды и ледяными кристаллами. Все включения играют знач-ую роль в формир. погоды и в атм-ых процессах.

6.Физ. свойства воздуха: атм-ое давление, темп-ра и плотность воздуха. Сист. и внесист. ед. измер. Атмосферное (барометрическое) давление - давление воздуха на пов-ть земли. С увелич. высоты плотность и давление воздуха уменьш-ся. Если на ур. моря 1 м3 воздуха весит 1293 г, то на высоте 20 км - 64 г, т.е. при одинаковом процентном содержании кислорода его весовая концентрация на высоте 20 км примерно в 20 раз меньше, чем на ур. моря. Колебания атмосферного давления у пов-ти земли связаны с погодными усл., не превышают 4-10 мм.рт.ст. Сущ-ные пониж-ия и повыш-ия атм-го давления вызывают неблагоприятные сдвиги в организме человека. Пониженное атмосферное давление вызывает снижение парциального давления во вдыхаемом воздухе, что приводит к гипоксии(кислород. голоданию). К гипоксии наиболее чувствительны клетки коры головного мозга, т.к. они потребляют в 30 раз больше кислорода, чем др. кл. При этом у человека отмеч-ся тяжесть в голове, головная боль, нарушение координации движений, сонливость, псих-ое возбуждение (эйфория), сменяющееся апатией, депрессией и др. Повышенное атм-ое давление характер-ся насыщением крови и тканей газами воздуха, что приводит к учащению пульса и частоты дыхания, уменьш.max и увелич. min артер-го давления, понижению кожной чувствит-ти и слуха, сухости слизистых оболочек и др. В мед. практике используются специальные барокамеры с повыш. барометрическим давлением, способствующее быстрому насыщению тканей больного кислородом, что даёт лечебный эффект при заболеваниях. Темп-ой воздуха назыв-ся одно из его свойств, выраженное в кол-ве делений шкалы. В основе этого св-ва лежит скорость движений молекул атм-го воздуха. Чем выше скорость, тем выше темп-ра. Для измерения этого параметра используются различные шкалы, существует порядка 12 типов. Но наиболее распространены три шкалы:

1.Цельсия, ставшая частью метрической системы измерения (СИ). За 0 град. принята темп-ра таяния льда. А темп-ра кипения воды служит отметкой в 100 град. Одна сотая разницы между этими темпе-рами = 1 град.Ц.

2.Шкала Фаренгейта активно используется в США и нек. др. странах. 1 град. = 1/180 разницы темп-р таяния льда (+32⁰) и кипения воды +212⁰.

3.Градусы Кельвина, часто используемые в метеорологии. В этой шкала за 0 принята темп-ра абсолютного 0, когда движение молекул прекращается (-273,15⁰С). Все значения темп-р полож-ые. Кроме этих шкал сущ-ют и др., к примеру градусы Рёмера, Ранкина, Делиля или Гука. Однако эти шкалы устарели или имеют специальное назначение, поэтому широкого применения не получили.

Темп-ра воздуха окр. среды имеет св-во меняться в зависимости от воздействия различных атм-ых факторов. Здесь важно понимать, что нагревание атм-го воздуха происходит за счёт тепла, выделяемого пов-ью земли. Таким образом, наибольшее влияние на темп-ру воздуха оказывает облачность. Плотный слой облаков препятствует нагреву почвы и нагреву воздуха. В ясные дни солнце сильнее прогревает пов-ть земли, а та, прогревает воздух. Плотность воздуха - это кол-во воздуха, содержащегося в 1 м³ объёма. В физике существует понятие 2-х видов плотности - весовая (удельный вес) и массовая. В аэродинамике чаще всего пользуются массовой плотностью. Весовая плотность воздуха - это вес воздуха в 1 м^3. Чем выше давление и ниже темп-ра, тем больше плотность воздуха. Поэтому наиб-ая плот-ть воздуха зимой в морозную погоду, а наим-ая летом в теплую погоду. Плотность влажного воздуха меньше, чем сухого (при одних и тех же условиях). Иногда учитывают и влажность, вводя в расчёты соответствующие изменения. С высотой плотность воздуха падает, т.к. давление в большей степени падает, чем понижается темп-ра воздуха. В стратосф. (с высоты 11 км до 32 км) темп-ра почти постоянна, и плотность воздуха падает пропорционально уменьш-ю давления.

7. Адиабатические процессы в атм-ре. Сухо- и влажноадиабат-ие изменения темп-ры воздуха при верт-ых движениях.

Адиабатические процессы- это процессы, кот. протекают внутри отдельной воздуш. массы без притока тепла снаружи и без отдачи его в окруж. среду( соседние слои воздуха, зем.пов-ть, космич. Простр-во). Строго адиабат-ких процессов в атм-ре не бывает. Адиабат-ие процессы возник. при верт-ых движ-х воздуха (подъёме, опускании) или при изменен. внешнего давления. Верт-ые движ. больших объёмов воздуха - характерное явление динамичной атм-ры. Если некоторая масса воздуха в атм-ре адиабатически расш-ся, то давление в ней падает, понижается и темп-ра, т.к. расширение сопровожд-ся затратами энергии. Сухоадиабатические изменения темп-ры воздуха при верт-ых движениях.

В атм-ре расширение воздуха и связанное с ним падение давления и темп-ры происходят в наиб. степени при восходящем движении воздуха.

Способы подъёма воздуха:

-восходящие токи конвекции;

-при движении обширных слоёв воздуш. массы вверх по пологому клину другой, более холодной воздушной массы (над поверхностью фронта);

-при подъёме воздуха по горному склону.

Сжатие воздуха, сопровожд-ся повыш-ем давления и темп-ры, происход. при опускании,

при нисходящем движении воздуха.

ВЫВОД: восходящий воздух адиабатически охлажд., нисход. воздух адиабатически нагрев.

При адиабат-ом подъёме сухого или ненасыщ. воздуха темп-ра на каждые 100 м подъёма падает почти точно на 1 градус, а при адиабат-ом опускании на 100 м темп-ра растёт на ту же величину.

где Ag/cp = 0,98°/100 -сухоадиабат-кий градиент (Гd)

Связь между темп-ой и атм-ым давлением при сухоадиабат-их процессах выражает уравнение Пуассона

Смысл уравнения Пуассона: Если давление в массе сухого или ненасыщ. воздуха меняется от р0 вначале процесса до р в конце процесса, то темп-ра в этой массе меняется от Т0 вначале до T в конце процесса; при этом значения темп-ры и давления связаны написанным уравнением.

Влажноадиабат-ие изменения темп-ры воздуха при верт-ых движениях.

Уровень конденсации –высота, на кот. воздух приближается к состоянию насыщения.В поднимающемся насыщ. воздухе темп-ра падает по влажноадиабат-му закону: она падает тем медленнее, чем больше влагосод. воздуха в состоянии насыщения (что зависит от темп-ры и давления). При более низком давлении падение темп-ры меньше.

Падение темп-ры в насыщ. воздухе при подъёме на единицу высоты(100м) называют влажноадиабат-им градиентом Гs.

Верт-ое распред. Темп-ры

1.Представление о распред. темп-ры с высотой дает верт-ый градиент темп-ры – dT/dz, т.е. Изм-е темп-ры в атм-ре на ед. высоты(100м).

2. Т.к. перед производной ставится знак -, то в обычн. случае падения темп-ры с высотой, т.е. при отриц. dТ и положит. dz, градиент имеет положительную величину.

8. Псевдоадиабатические процессы. Фён.

Псевдоадиабатические процессы происходят при последовательном подъёме и опускании воздушных масс. Представим, что влажный, ненасыщ. вод. паром воздух, находящийся в точке А, поднимается. При этом его темп-ра падает сначала по сухоадиабат-му закону, затем, после того как достигнут уровень конденсации(точка В), - по влажноадиабат-му закону (от точки В до С). Допустим, что вся вода, образов-ся при конденсации вод. пара, сразу же выпадает в виде осадков, и достигнув некоторой высоты (точка С), воздух начнёт опускаться. Т.к продуктов конденсации в воздухе нет, он будет при этом нагреваться по сухоадиабат-му закону. На прежний уровень (точка Д) воздух опустится, имея более высокую темп-ру чем та, которая была первоначально( в точке А)

Рассматриваемая масса воздуха совершила необратимый процесс, т.к. по возвращении её на прежний ур. её конечная темп-ра выше.

Псевдоадиабатические процессы являются условием образования местного ветра –ФЁНА

Фён — сильный, порывистый, тёплый и сухой местный ветер, дующий с гор в долины.

Холодный воздух с высокогорий быстро опускается вниз по узким межгорным долинам, что приводит к его адиабот-му нагреванию. При опускании на каждые 100 м воздух нагревается на 1 °C. Спускаясь с высоты 2500 м, он нагревается на 25 градусов и становится тёплым/горячим. Обычно фён продолжается менее суток, но иногда доходит до 5 суток, причём изменения темп-ры и относ.влажности воздуха могут быть быстрыми и резкими.

Фёны часты весной, когда резко возрастает интенсивность общей циркуляции воздуш. масс. В отличие от фёна, при вторжении масс плотного холодного воздуха образуется бора.