Кл с ОМ. Вопр к экз и бил. 2013 Этот

39. Погода. Климат. Климат локальный и глобальный. Климат морской и континентальный. Набор метеопараметров, используемый для характеристики климата (среднегодовая температура приземного воздуха, среднемесячная температура января и июня, годовая температурная амплитуда, годовое количество осадков и их распределение по месяцам, испаряемость, коэффициент увлажнения).

40. Географические факторы локального климата (географическая широта; высота над уровнем моря; распределение суши и воды на территории земного шара; орография; океанические течения; растительный, снежный и ледяной покров. С.469). Континентальность климата. Индекс континентальности Хромова. Континентальность климата восточных и западных побережий континентов в средних широтах. С.229.

10 ≤ К_Хр ≤ 90

39. Погода. Климат. Климат локальный и глобальный. Климат морской и континентальный.

40. Набор метеопараметров, используемый для характеристики климата в данном пункте Земного шара (среднегодовая температура приземного воздуха, среднемесячные температуры января и июня, годовая температурная амплитуда, годовое количество осадков и их распределение по месяцам, коэффициент увлажнения, солнечная радиация Дж/(м²·год), с.353). Испаряемость с.275. Скорость испарения v.

К_увл = , где R - сумма осадков, мм/год; E_н – испаряемость, мм/год.

v = k· u· (E – e), где v в кг/(м²·с); k = 3.4·10^-4 кг/(м³·гПа); u в м/с; E и e в гПа. Е для температуры поверхности водоема, е и u измеряют на высоте 2 м над поверхностью водоема.

39. Влияние холодных и теплых океанских течений на климат. Покажите с помощью изотерм «языки» тепла (с.239) и холода на примере климата Западной Европы (влияние Гольфстрима) и северо-западной части Южной Америки (влияние Перуанского течения). Ослабевание Гольфстрима и возможные последствия для Западной Европы и Северной Америки.

44. Микроклимат. Микроклимат леса, луга, оврага, большого города. (Микроклиматом называются местные особенности в метеорологических величинах (температура воздуха и почвы, относительная влажность воздуха, скорость ветра, освещенность, количество осадков, образование туманов и др.) с.477).

45. Основные климатические пояса по Б.П.Алисову и границы между ними. Климатологические фронты (Усредненное за сезон положение главных атмосферных фронтов Зимой климатологические фронты смещаются к югу, летом – к северу). С.433, 500,

46. Периодические и апериодические изменения климата на протяжении существования Земли и их причины.

47. Изменения климата за период инструментальных наблюдений (1850 - 2014 гг).

48. Основные возможные причины антропогенного изменения климата в XX и начале ХХI веков. Оценки возможных изменений средней глобальной температуры приземного воздуха в ближайшем будущем в связи с увеличением содержания в атмосфере парниковых газов.

49. Методы реконструкции климата последних нескольких тысяч лет (геологические, микрофаунистика, изотопный анализ кислорода, дендрохронология, палинология, гляциология, лимнология, исторические хроники).

50. Влияние на климат сильных извержений вулканов. Понятие ядерной зимы.

52. ПЗА - потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА зависит от повторяемости сочетания метеорологических факторов, способствующих скоплению (концентрированию) загрязнений в приземном слое атмосферного воздуха. Чем больше повторяемость неблагоприятных метеорологических условий, способствующих накоплению примесей в приземном слое атмосферы, тем больше ПЗА. ПЗА увеличивается, если увеличивается - повторяемость приземных инверсий; - мощность приземных инверсий (толщина слоя инверсии); - интенсивность приземных инверсий (перепад температур в слое); - повторяемость слабой скорости ветра 0 - 1 м/с (застоя воздуха); - продолжительность каждого случая застоя воздуха; - суммарная продолжительность туманов в течение года. Центральная Европейская часть РФ – зона умеренных ПЗА. Уровень загрязнения атмосферного воздуха в Обнинске оценивается как низкий: ПЗА = 2.8 (Интернет).

Кл. с ОМ. Вопросы к экзамену в 2015 г.

1. Метеорология) и климатология и их взаимосвязь. Метеорологические величины и метеорологические явления. Мировая сеть метеонаблюдений. Поясное время в Москве t_п= t_{гринвич} + 3; декретное время t_д = t_п + 1; Понятия погоды и климата.

2. Температура атмосферного воздуха. Приборы для измерения. Единицы измерения. Измерения на метеостанциях. Рекордные значения измеренных температур приземного воздуха. Как определяются на метеостанциях средние суточная, месячная, годовая температуры приземного воздуха? На какой высоте над уровнем земли? Вертикальный градиент температуры γ = - ΔT/Δz. Наблюдаемые значения градиента на разных высотах в приземном воздухе. Усредненный (в течение года по территории земного шара) вертикальный градиент температуры <γ> в тропосфере. Изотермические поверхности. Изотермы на синоптических картах. Приведение температуры, измеренной на метеостанции на высоте z, к уровню моря.

2. Состав (в % по объему) приземного сухого атмосферного воздуха по постоянным компонентам. Изменение состава с высотой. Переменные компоненты воздуха. Изменение состава атмосферного воздуха в геологической истории Земли.

3. Деление атмосферы на слои по значению усредненного вертикального температурного градиента <γ>. Озоновый слой и его роль. Приведенная толщина слоя озона. Ионосфера. Электрическое поле атмосферы. Приведите рисунок.

4. Давление атмосферного воздуха. Приборы для измерения давления. Единицы измерения. Вывод соотношения между единицами давления Па и мм рт. ст. Усредненное (по территории земного шара в течение года) атмосферное давление на уровне моря. Оно же - нормальное давление. Вертикальная и горизонтальная составляющие градиента давления. Приведение давления, измеренного на метеостанции на высоте z над уровнем моря, к уровню моря, используя барометрическую формулу и среднее значение температуры воздуха. или используя барическую ступень. Наблюдаемые значения атмосферного давления и горизонтальной составляющей градиента давления, встречающиеся в практике измерений. Нормальная, или физическая, атмосфера.

5. Барическое поле. Каким образом его описывают на поверхности Земли и в пространстве, что такое карты абсолютной и относительной топографии изобарических поверхностей? Изобары на синоптических картах.

6. Уравнение состояния сухого воздуха. Универсальная и удельная газовые постоянные. Объем и удельный объем воздуха. Парциальное давление и парциальный объем i-го компонента воздуха. Плотность воздуха. Рассчитать плотность сухого воздуха при нормальных условиях.

7. Выведите уравнение статики атмосферы и барометрическую формулу. Какие задачи решаются с ее помощью?

8. Силы, действующие в атмосфере на единицу массы воздуха. Опишите простейшее геострофическое движение воздуха и выведите формулу для расчета его скорости.

9. Ветер. Измерение его скорости и направления. Обозначения на синоптических картах. Шкала силы ветра Бофорта. Роза ветров. Задача на составление розы ветров. Изменение направления ветра с высотой.

10. Спектр коротковолновой электромагнитной радиации Солнца на границе атмосферы. Температура поверхности Солнца. Солнечная постоянная. Солнечные пятна и активность Солнца, числа Вольфа. Периоды изменения солнечной активности. Какие изменения солнечная радиация испытывает при прохождении через атмосферу по пути к поверхности Земли? Коэффициент прозрачности р атмосферы и формула Бугера. Какие значения имеет коэффициент прозрачности атмосферы при Солнце в зените для идеально чистой и реально замутненной атмосферы? Спектр радиации Солнца у поверхности Земли.

11. Спектр длинноволновой радиации Земли и атмосферы. Закон Стефана – Больцмана. Закон Вина. Какие изменения длинноволновая радиация Земли испытывает в атмосфере на пути в космос? Парниковые газы и парниковый эффект. Каков формальный признак парниковых газов? Средняя температура земной поверхности при наличии парникового эффекта и расчетная величина температуры при его отсутствии.

12. Прямая и рассеянная солнечная радиация. Альбедо поверхности. Альбедо Земли, усредненное по всей ее поверхности в течение нескольких лет. Эффективное излучение. Радиационный баланс В земной поверхности. Размерности. Чему равен радиационный баланс ночью?

13. Какие существуют барические системы, что такое «циклон» и «антициклон», какие системы ветров характеризуют их, что такое градиентный ветер? Приведите графические иллюстрации. Горизонтальный и вертикальный размеры циклона, скорость и направление перемещения. Энергия циклона и время ее вырождения. Барический закон ветра. Что такое градиентный ветер? Горизонтальные и вертикальные размеры циклонов. Направление и скорость перемещения циклонов. Средняя энергия циклона. Время существования. Погодные условия в переднем секторе циклона. Барический закон ветра. Линии тока в нижних слоях циклона.

14. Понятия воздушных масс и атмосферных фронтов. Переходная зона. Линия фронта. Теплый и холодный атмосферные фронты. Покажите с помощью графиков, как меняются метеорологические величины (р, Т, е, Q) при прохождении холодного фронта. Главные географические воздушные массы и главные атмосферные фронты. Климатологические фронты.

15. Тепловой режим атмосферы. Основные процессы, определяющие теплообмен в воздухе между разными его частями, а также между воздухом и поверхностью земли, водной поверхностью, космосом.

16. Уравнение радиационного баланса В земной поверхности. Уравнение теплового баланса земной поверхности (деятельного слоя земли). Физический смысл слагаемых в уравнениях. Размерности. Направление тепловых потоков в приземном воздухе и в деятельном слое земли летним теплым солнечным днем и ночью.

17. Физические процессы, определяющие различие в тепловом режиме почвы и водоемов. Как это различие влияет на температуру поверхности суши и океана, на климат? Понятия теплоемкости, молекулярной и конвективной теплопроводности, теплоты фазовых переходов. Закон Фика. Как изменяется температура приземного воздуха над океаном и над материком при смене день-ночь, лето-зима?

18. Законы, описывающие распространение тепла вглубь почвы (законы Фурье). Изобразите правдоподобный график термоизоплет.

19. Сравнительный анализ суточного и годового хода температуры поверхности почвы, водоема и воздуха.

20. Чем отличаются непериодические изменения температуры от периодических, и с какими процессами они связаны? (например, при прохождении теплых и холодных атмосферных фронтов)

21. Типы годового хода температуры на земном шаре, как они зависят от расположения пункта наблюдений по отношению к океану и континенту?

22. Основные закономерности географического распределения температуры воздуха у земной поверхности в январе, июле и в году.

23. Распределение температуры воздуха с высотой в приземном слое атмосферного воздуха. Роль конвекции, изотермии и инверсии в рассеянии загрязнений в приземном слое атмосферы.

24. Адиабатические процессы. 1-й закон термодинамики. Формула Пуассона . Адиабатическое охлаждение поднимающегося воздуха. Мера его охлаждения – сухо- и влажноадиабатический (γ_а^* < γ_а) вертикальный градиент температуры в поднимающемся пузыре воздуха. Высота уровня конденсации водяного пара в поднимающемся воздухе (высота нижней кромки облаков) z_k = 122∙( t₀ - τ₀). Что такое t₀ и τ₀? Как планеристы узнают, где расположены восходящие потоки воздуха на местности (эти потоки находятся под образующимися кучевыми облаками)?

25. Влагооборот. Основные процессы, составляющие влагооборот. Испарение и насыщение. Скорость испарения. Испаряемость. Коэффициент увлажнения. Как изменяется коэффициент увлажнения при смене природных зон от тундры до пустынь (от Кольского полуострова до Каракум). Осадки. Водный баланс. Скорость испарения v с поверхности водоема (v = k· u· (E – e).

26. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. Характеристики влажности воздуха (абсолютная и относительная влажность воздуха). Точка росы.

27. Географическое распределение давления водяного пара и относительной влажности. Конденсация водяного пара. Возможные пересыщения водяного пара в абсолютно чистом воздухе и в реальной атмосфере. Ядра конденсации, их роль в образовании облаков и туманов. Условия образования туманов и облаков. Микрофизическое строение облаков. Искусственное образование облаков. Защита от града.

28. Международная классификация облаков: по высоте расположения, по морфологии, по механизму образования.

29. Дымка, туман, мгла. Фотохимический смог и условия его образования.

30. Как образуются осадки, каковы их типы, как образуются грозы? Обложные осадки, ливневые осадки, моросящие осадки. Дождь, морось, снег, крупа, град.

31. Опишите географическое распределение осадков и охарактеризуйте типы их годового хода

32. Атмосферные движения каких пространственных масштабов относят к общей циркуляции атмосферы? Упрощенная модель общей циркуляции атмосферы (в северном и в южном полушариях) в виде трех ячеек циркуляции над однородной поверхностью. Области повышенного и пониженного атмосферного давления при усреднении за год. Области повышенной и пониженной (пустыни) относительной влажности (усреднение за год). Области повышенного и пониженного атмосферного давления при усреднении за сезон, за год.

33. Географическое распределение среднего давления атмосферы на уровне моря в январе и июле, центры действия атмосферы, где они расположены и какие процессы приводят к их образованию?

34. Пассаты, муссоны. Где они находятся, какие системы воздушных течений их характеризуют, какая погода наблюдается в этих системах воздушных течений? Географическое распределение муссонов. Зимний и летний муссон на полуострове Индостан.

35. Какие воздушные течения наблюдаются в тропосфере умеренных широт, что такое «циклоническая деятельность в умеренных широтах», какие системы воздушных течений ее составляют?

36. Местные ветры, их структура, причины их образования.

37. Климатическая система, из каких компонентов она состоит, какие внешние и внутренние физические процессы влияют на изменение климатической системы. Соотношение между глобальным и локальным климатом.

38. Простейшая математическая модель глобального климата М.И.Будыко. Сделайте расчет температуры уходящего длинноволнового излучения Земли при условиях отсутствия парникового эффекта. Справочные данные: альбедо Земли A_s = 0.31, постоянная Стефана – Больцмана σ = 5.66 · 10 ^-8 Вт/(м² ∙ К⁴), коэффициент серости излучения поверхности Земли δ = 0.95, солнечная постоянная S_о = 1367 Вт/м².

39. Погода. Климат. Климат локальный и глобальный. Климат морской и континентальный. Набор метеопараметров, используемый для характеристики климата. Географические факторы локального климата. Континентальность климата. Индекс континентальности Хромова. Континентальность климата восточных и западных побережий континентов в средних широтах.

40. Испаряемость. Скорость испарения v = k· u· (E – e). Коэффициент увлажнения.

41. Влияние холодных и теплых океанских течений на климат. Покажите с помощью изотерм «языки» тепла (с.239) и холода на примере климата Западной Европы (влияние Гольфстрима) и северо-западной части Южной Америки (влияние Перуанского течения). Ослабевание Гольфстрима и возможные последствия для Западной Европы и Северной Америки.

42. Микроклимат. Микроклимат леса, луга, оврага, большого города.

43. Основные климатические пояса по Б.П.Алисову и границы между ними. Климатологические фронты

44. Периодические и апериодические изменения климата на протяжении существования Земли и их причины.

45. Изменения климата за период инструментальных наблюдений.

46. Основные возможные причины антропогенного изменения климата в XX и начале ХХI веков. Оценки возможных изменений средней глобальной температуры приземного воздуха в ближайшем будущем в связи с увеличением содержания в атмосфере парниковых газов.

47. Методы реконструкции климата последних нескольких тысяч лет (геологические, микрофаунистика, изотопный анализ кислорода, дендрохронология, палинология, гляциология, лимнология, исторические хроники).

48. Влияние на климат сильных извержений вулканов. Понятие ядерной зимы.

49. Потенциал загрязнения атмосферы.

Дополнительные пояснения к некоторым вопросам

Методы реконструкции климата последних нескольких тысяч лет

Геологические и микрофаунистические методы: первые работают в масштабах десятков и сотен миллионов лет, вторые – десятков и сотен тысяч лет. Микрофаунистика изучает останки древней фауны в осадочных породах, как правило, в донных отложениях озер, морей и океанов. Скорость накопления осадков чрезвычайно мала, поэтому в одном небольшом образце содержится информация сразу о тысячах и десятках тысяч лет. Это очень грубо. Приведенные ниже методы дают возможность судить о температуре, например, зимы такого-то года.

Дендрохронология. Каков климат, такова и растительность. А какова растительность (флора), таков и животный мир (фауна). Деревья – живые хронисты эпохи. Смена времен года отражается на спилах годовыми кольцами. Каждый год образуется новое кольцо. По кольцу видно, хорошо было дереву в тот год или плохо. Если дереву хорошо, оно быстро толстеет, годовые кольца получаются широкими, а если дереву чего-то не хватает, годовое кольцо получается узкое. Но вот чего не хватает дереву для полноценного роста - тепла или влаги? То есть, холодное было время, или засушливое? На этот вопрос дендрохронологический метод ответить не может.

Палинология. Название метода произошло от английского слова pollen [polin]–«пыльца». Палинология позволяет реконструировать температуру и уровень осадков по ископаемым остаткам спор и пыльцы растений.

Уже давно в науке существует двухпараметрическая диаграмма Холдреджа. По вертикали в ней отложена среднегодовая температура, а по горизонтали среднегодовое количество осадков. На самой диаграмме нанесены линии, ограничивающие все известные на свете растительные сообщества – арктическая тундра, тайга, широколиственные леса, пустыня, полупустыня, лесостепь, степь, саванна, тропические леса. То есть, располагая всего двумя параметрами – среднегодовыми температурами и влажностью, можно сказать, в какой конкретно зоне вы находитесь. Если, скажем, осадков у нас 600 мм, а среднегодовая температура +5^оС – это смешанные леса в умеренной зоне, Москва. Если осадков 4000 мм, а среднегодовая температура +27^оС – влажные тропические леса. Температура -5^оС и всего 200 мм осадков – арктическая пустыня. Иными словами, если где-то в природе мы нашли законсервированные остатки пыльцы растений, которые в состоянии датировать по времени, то получаем самый настоящий палеотермометр. Прекрасными хранителями таких остатков являются верховые торфяные болота. Торф – это недоделанный уголь. На 98% он состоит из растительных остатков и на 2% - из остатков животных и микроорганизмов. Скорость торфонакопления очень велика – она может достигать нескольких миллиметров в год. Извлекая из болота колонки торфа, мы имеем подробную информацию о климатах буквально по годам.

После того как палинологи извлекают из болота торфяные керны, они изучают их по слоям: смотрят, в каком слое пыльца каких растений содержится. Скажем, если в слоях торфа травянистые сообщества преобладают над древесно-кустарниковыми видами, значит когда-то здесь была степь. Если говорить о центральной России, то ландшафт здесь менялся от тундры и даже арктической пустыни до широколиственного леса. А дальше по соотношению пыльцы разных видов определяется среднегодовая температура. Причем точность метода составляет полградуса для среднегодовой температуры.

Гляциология. С.96. Изучает вечные льды. Они есть в Арктике, Антарктике, Гренландии, высоко в горах на любой широте. Ледники в горах очень остро реагируют на колебания среднегодовой температуры. Чуть теплее стало – нижняя оконечность ледника подтаяла и ушла выше в горы. Похолодало – ледник опустился ниже. Кроме того, существует гляциология изотопная. В лабораториях с помощью масс-спектрометров ученые устанавливают химический и изотопный состав кернов. По соотношению изотопов кислорода ¹⁶О и ¹⁸О в атмосферных осадках (то есть в снегах, которые выпали в Антарктиде и слежались в лед) определяют прежний климат. Дело в том, что изменение соотношения изотопов ¹⁶О и ¹⁸О в атмосферных осадках четко коррелирует с изменением температуры.

Для этих исследований в многолетних ледовых куполах с помощью бура вынимают керны (столбики льда). В ледовых столбиках попадаются вмороженные мельчайщие пузырьки воздуха, исследуя газовый состав которых можно узнать состав атмосферы Земли (и ее изотопный состав) в далеком прошлом.

Содержание в атмосфере углекислого газа очень хорошо коррелирует с температурой –высокие пики температуры на графике совпадают с высокими пиками содержания СО₂ в атмосфере. То есть, в эпохи потепления углекислоты в атмосфере было больше, чем в эпохи похолодания. Откуда же она бралась, если никаких активно пыхтящих фабрик и заводов миллионы лет назад не было? А бралась она из океанов. Сначала увеличивалась среднеглобальная температура, потом повышалась концентрация парниковых газов в атмосфере из-за повышения температуры воды: океаны начинали активно газить, как теплое шампанское. Т.е., повышение концентрации углекислого газа в атмосфере – следствие повышения ее температуры, а не наоборот!

Лимнология. С.100. Это анализ озерных отложений. Озера – настоящие аккумуляторы климатичекой информации. Существует три вида озерных отложений – диатомовый, микрофаунистический и изотопный. Диатомы – класс микроводорослей. В мире существует около пяти тысяч диатом. Причем соотношение этих видов в водоеме зависит от температуры. В холодной воде живут одни виды диатом, в чуть более теплой – другие. Потеплела вода на градус – изменился видовой состав. Живой термометр! Исследуя диатомовый микст, можно сказать, какая температура была в ту или иную эпоху.

Кое - что можно сказать и просто по характеру озерных отложений. Скажем, если в некоторых слоях керна донной грязи африканского озера Чад много песка, значит Сахара наступала в ту эпоху. Если песка нет совсем, а есть тропическая микрофауна, значит шумели здесь тропические леса. Так один слой керна за другим рассказывают нам, как менялся климат в данной части Африки.

Исторические методы. С.105. Историческая климатология – это восстановление картины на основе документов. Летописи. Показания древних историков. Художественные произведения. А начиная с XVI века – судовые журналы, дневники путешественников.

Исторические методы. Историческая климатология – это восстановление климатов на основе документов. Летописи. Показания древних историков. Художественные произведения. А начиная с XVI века – судовые журналы, дневники путешественников.

Бокситы – алюминиевая руда, состоящая из AI(OH)₃ , SiO₂, Fe₂O₃, FeO. Цвет: красный, буровато-коричневый, серый, желтый, черный, белый.

Каолин – глина белого цвета. Состав: 40% AI₂O₃ , 46% SiO₂, 14% Н₂O.

Что такое сумма активных температур? Рассчитывается как сумма среднесуточных температур за те дни, когда эта температура превышает установленный порог.

Дополнительные вопросы.

Что такое обеспеченность? Вероятность появления рассматриваемых значений х выше или ниже определенного предела х_п. Например, обеспеченность расхода воды в реке Протве выше 6 м³/с равна 0.1.

Чем в среднем отличаются климатические условия на континентах на широтах 25 - 35^о и 55 - 65^о? (При ответе используйте трехячеистую модель глобальной циркуляции атмосферного воздуха)

Где больше и где меньше среднегодовое атмосферное давление, приведенное к уровню моря?

Где среднегодовая составляющая вертикального движения воздуха направлена вверх и где вниз? Почему?

Где больше и где меньше среднегодовое количество осадков? Почему?

Где больше и где меньше суммарная солнечная радиация, поступающая на поверхность земли? Почему? (Учитывать широту и усредненную облачность)

Где испаряемость больше и где меньше? Почему?

Где коэффициент увлажнения больше и где меньше? Почему?

На каких параллелях Земного шара в основном расположены засушливые и пустынные территории?

Чем определяется преобладание ЮЗ ветров на широтах от 35 до 55^о в северном полушарии? Это зона между поясами с высоким (25^о- 35^о) и низким (55^о- 65^о) давлениями. Движение воздуха у поверхности земли направлено в основном с юга на север с отклонением вправо из-за действия силы Кориолиса.

Среднегодовые температуры на Ирландии (остров Ирландия расположен к западу от острова Великобритания на параллелях Курска и Тулы) и в степях Калмыкии (северное побережье Каспийского моря) приблизительно одинаковы (около +10^оС). Одинаков ли климат в этих районах? Ответ обосновать.

Остров Ирландия расположен к СЗ от континента Европа. На климат влияет Атлантика и теплое течение Гольфстрим. Калмыкия расположена в Прикаспийской низменности. Это западная оконечность Азии и юго-восточная оконечность Европы. В Ирландии климат морской, влажный, малый перепад температур приземного воздуха зимой и летом, днем и ночью. В Калмыкии климат континентальный, сухой, большой перепад температур приземного воздуха зимой и летом, днем и ночью.