Лесная метеорология. Методичка

ЛЕСНАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ

Задания для контрольных работ студентам заочной формы обучения и тесты для контроля самостоятельной работы студентов очной формы обучения специальностей «Лесное хозяйство» (250 201.65)

и «Лесное дело» (250 100.62)

Йошкар-Ола

Марийский государственный технический университет

2008

1

УДК 630*111(076)

ББК 43.4

Л 50

Рецензенты:

зам. начальника Марийского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Л.К. Полагушкина; канд. биол. наук, доцент МарГУ Е.А. Денисова

Печатается по решению редакционно-издательского совета МарГТУ

Л 50 Лесная метеорология: задания для контрольных работ студентам заочной формы обучения и тесты для контроля самостоятельной работы студентов очной формы обучения специальностей «Лесное хозяйство» (250 201.65) и «Лесное дело» (250 100.62) / Сост. А. В. Иванов. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. – 60 с.

Приведены вопросы, которые являются одним из средств самоконтроля, способствующих усвоению студентами лекционного курса; даны вопросы и задания для выполнения контрольных работ по темам изучаемого курса.

Для студентов специальностей «Лесное хозяйство» (250 201.65) и «Лесное дело» (250 100.62).

УДК 630*111 (076) ББК 43.4

Марийский государственный технический университет, 2008

2

Введение

Лесная метеорология изучает земную атмосферу, в которой сконцентрирована жизнь, взаимосвязи среды и лесной растительности. Она является наукой обмена энергии почва – растения – атмосфера, где физические факторы изменяются в значительной степени физиологическими факторами. Взаимосвязь внешней среды с важнейшими физиологическими процессами, происходящими в растениях под влиянием солнечной радиации, оказывает существенное влияние на микроклиматические условия произрастания лесов, их многообразие и производительность. Метеорологические факторы влияют на все компоненты леса (древостой, почвенную микрофлору, фауну, живой напочвенный покров

ит.д.), при этом формируется свой микроклимат в лесу. Новые микроклиматические условия, созданные лесом, помогают в свою очередь бороться со многими неблагоприятными опасными метеорологическими факторами, такими, например, как сильный ветер, засуха, заморозки, очень высокие и низкие температуры воздуха и почвы и др. Специалисты лесного хозяйства должны четко представлять, какие метеорологические факторы формируют тот или иной тип погоды; выяснить и знать погодные условия, определяющие климатическое многообразие нашей страны, научиться разным способам наблюдения за погодой и сбором оперативной гидрометеорологической информации, необходимой для составления точных метеорологических прогнозов; подвергать анализу текущие экологические проблемы, их воздействие на атмосферу, погоду

иклимат сегодня и в будущем.

Специалисты лесоводы в процессе изучения метеорологии должны уяснить для себя принципы действия и устройства наиболее распространенных метеорологических приборов и основные сведения о методиках гидрометеорологических измерений применительно к условиям произрастания леса; в условиях леса научиться умело и кратко анализировать значение наиболее важных для леса метеорологических элементов. Особенно для оценки вероятности возникновения пожара в лесу при соответствующих метеорологических условиях, необходимо правильно определить комплексный гидротермический показатель, предложенный В.Г. Нестеровым (1939, 1945, 1949, 1968), который характеризует класс пожарной опасности по условиям погоды. Лесная метеорология относится к прикладным дисциплинам и тесно связана с лесоведением, лесоводством, физиологией растений, почвоведением, лесными культурами, лесной пирологией.

3

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТАМ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

Общие указания

Студенты заочного отделения самостоятельно изучают теоретическую часть курса «Лесная метеорология» и выполняют конкретные задания. Для целенаправленного, лучшего усвоения дисциплины и изучения устройства традиционных метеорологических приборов, методов и технических средств наблюдений в период сессии читаются лекции и проводятся лабораторные занятия с консультациями по изучаемому курсу. После проведенных занятий и успешной защиты контрольной работы студенты сдают зачет.

Литература, которая необходима для изучения дисциплины, приведена в управляющем блоке УМК «Лесная метеорология».

При написании контрольной работы и проработке теоретического курса следует учитывать основные указания, приведенные ниже по каждой теме, а также использовать книгу «Лесная метеорология. Конспект лекций» (Иванов А.В., Йошкар-Ола, 2003). Усвоение материала нужно контролировать по вопросам контрольных заданий.

При изучении курса по дисциплине «Лесная метеорология» каждый студент выполняет контрольные задания (всего 12, в том числе 4 задачи), составляет агроклиматическую характеристику какого-либо района. Номера вопросов и задач для контрольной работы выбираются в соответствии с указаниями к каждой теме курса и задаче.

Вопрос и условия задачи по каждой теме курса нужно полностью выписать из настоящих указаний и дать четкие, исчерпывающие ответы. Для наглядности некоторые ответы целесообразно сопровождать схемами, графиками и рисунками. Ответы обязательно излагать своими словами.

Ход решения задач надо описывать полно с объяснениями. В процессе работы приводится список использованной литературы согласно ГОСТу.

Контрольная работа сдается на проверку до начала сессии на кафедру и проверяется ведущим курс преподавателем, пишется рецензия, в которой рецензент указывает на необходимость дополнительной доработки, исправлений или ставит зачет по работе. При доработке в конце работы заново переписывается название вопроса или условие задачи и приводятся правильные ответы или исправленные решения.

4

Основные указания к проработке тем курса и контрольные задания

Тема 1. Предмет и задачи метеорологии. Состав и строение атмосферы

В данной теме необходимо выяснить, с какого времени начала свое развитие метеорология; какие основные задачи выполняет она для народного хозяйства страны. Уяснить, что представляет собой атмосфера, каков состав воздуха в лесу и на открытом месте (поле), у земной поверхности и как он изменяется с высотой. Следует отметить значение составных частей воздуха в метеорологических процессах и особенно в жизни растений. Запомнить важнейшие свойства озона и его распределение по вертикали. Особое внимание уделить разделению атмосферы по вертикали, высоте границ и физическим свойствам слоев, понять принципы, по которым эти слои выделяются.

Вопросы для контрольного задания

(ответить на вопрос, номер которого равен предпоследней цифре номера зачетной книжки)

1.Состав воздуха в лесу. Чем обусловлены особенности его?

2.Какой слой атмосферы называется тропосферой, какие явления наблюдаются в ней?

3.Какие атмосферные слои находятся выше тропосферы? Укажите высоту границ и опишите физические свойства этих слоев.

4.Что такое ионосфера, какие явления наблюдаются в ней?

5.Как развивалась метеорология в России?

6.Перечислите основные метеорологические элементы и единицы измерения их?

7.Каково значение лесной метеорологии для работников лесного хозяйства?

8.Каковы основные задачи гидрометеорологической службы в России?

9.Для каких целей созданы Международная метеорологическая организация

иВсемирная служба погоды?

10.Каков состав сухого воздуха?

11.Какова роль и значение озона?

12.Что называется аэрозолями?

13.Что такое ионы?

14.На какие слои распределяется атмосфера по вертикали?

5

Тема 2. Солнечная радиация и радиационный баланс деятельной поверхности

Солнечная энергия является основным и практически единственным источником тепла для поверхности Земли и ее атмосферы.

Солнечная радиация распространяется по всем направлениям от солнца в виде электромагнитных волн с длинами от 0,1 до 30 микрометров (мкм) или микронов. Радиацию с длиной волны менее 4 мкм называют коротковолновой, а с большей длиной волны – длинноволновой. Атмосфера хорошо пропускает коротковолновую и практически полностью поглощает длинноволновую радиацию. Количество лучистой энергии, падающей на единичную площадь, до 1980 года выражали в кал/см2 мин. В международной системе поток радиации выражается в Вт/м2 (1 кал/см2 мин = 698 Вт/м2), а для сумм радиации используют Дж/(м2 ч), Дж/(см2 сут.).

Солнечная радиация, поступающая непосредственно от солнечного диска, называется прямой солнечной радиацией. Обычно она характеризуется интенсивностью, т.е. количеством лучистой энергии, поступившей на определенную площадь за определенный промежуток времени, измеряется в джоулях (Дж) или ватт-часах (Вт ч). Соотношение единиц следующее:

1 кал/см2 = 4,1868 Дж; 1 квт ч = 3,6 106 Дж = 859845,2 кал;

Вт ч = 3600 Дж;

1 Дж = 2,7810-7 квт ч.

Для расчета прямой солнечной радиации, приходящейся на перпен-

дикулярную поверхность, применяют формулу Буге:

Sm=So∙Pmm,

где Sm – прямая солнечная радиация в кал/см2∙мин-1 при данной массе атмосферы; So – солнечная постоянная; Pm – коэффициент прозрачности

Задача. Определить инсоляцию (прямую солнечную радиацию) за 1 минуту на 1 га горизонтальной поверхности при коэффициентах прозрачности (Pm) и углах солнца (h ), приведенных в табл.1. Результаты привести в килоджоулях и киловатт-часах. Решается задача, номер которой равен сумме двух последних цифр номера зачетной книжки. Если она больше 10, вычесть десять.

6

Вопросы для контрольного задания

(ответить на вопрос, номер которого равен предпоследней цифре номера зачетной книжки)

1.Процессы, обусловливающие ослабление солнечной радиации в атмосфере. Какая формула выражает закономерности этого ослабления в количественной форме?

2.Суммарная и отражающая солнечная радиация. Каким показателем характеризуется отражательная способность различных поверхностей?

3.Что показывает уравнение теплового баланса, как изменяются его составляющие?

4.Чем и почему отличается солнечная радиация в лесу по сравнению с открытыми пространствами? Что такое ФАР?

5.Какое значение имеет солнечная радиация для растений?

6.Каков спектральный состав излучения Солнца?

7.Что такое прямая, рассеянная и суммарная солнечная радиация? Какие явления связаны с рассеянием солнечной радиации?

8.Что такое тепличный эффект?

9.Какое влияние оказывает растительный покров на альбедо?

10.Какое практическое значение имеет радиационный баланс земной поверхности?

11.От каких факторов зависит поступление солнечной радиации под полог

леса?

12.Какие факторы и процессы влияют на нагревание и охлаждение атмосферы и земной поверхности?

Тема 3. Тепловой режим почв, водоемов и атмосферы

Температура воздуха и почв в том или ином месте в лесу во многом зависит от того, каким образом солнечные лучи падают на данный участок земной поверхности.

В свою очередь, количество тепла, получаемого какой-либо местностью, влияет на местную (здешнюю) погоду, поскольку определяет и температуру воздуха непосредственно над землей или в лесу под почвой. Надо уяснить, как происходит нагревание и охлаждение почвы в

7

лесу и на открытом месте, воды и воздуха, какие факторы влияют на эти процессы. Особенно обратить внимание на значение различных деятельных поверхностей в процессах нагревания и охлаждения воздуха, в формировании климата и на адиабатические процессы нагревания и охлаждения воздуха в атмосфере, иметь представление о суточном и годовом ходе температур воздуха и почвы. Знать условия возникновения заморозков, типы их и меры борьбы с ними.

Вопросы для контрольного задания

(номер вопроса равен числу букв в фамилии студента)

1.От каких факторов и как зависит нагревание и охлаждение почв и распространение тепла в них?

2.В каких почвах и почему верхние слои сильнее нагреваются днем и сильнее охлаждаются ночью?

3.Как изменяются температуры поверхности почв на различных глубинах

втечение года?

4.От каких факторов зависит промерзание и оттаивание почв?

5.Какие процессы обусловливают нагревание воздуха и передачу тепла в атмосфере?

6.Какие процессы обусловливают охлаждение воздуха?

7.Влияние суши и водоемов на нагревание и охлаждение воздуха.

8.Как и почему изменяются температуры при поднятии или опускании массы воздуха? Сухо- и влажноадиабатические градиенты температур.

9.Что положено в основу уравнения теплового баланса земной поверхности?

10.Каков суточный и годовой ход температуры почвы и зависит ли амплитуда колебаний от широты места наблюдений?

11.Какое влияние оказывает лес на тепловой режим почвы и амплитуду температуры?

12.По какому закону распространяется тепло в глубь почвы? Перечислите основные зависимости.

13.Что такое теплоемкость и теплопроводность?

14.На какую глубину распространяется вечная мерзлота?

15.Каковы четыре типа годового хода температуры воздуха?

16.Что такое изотермы?

17.Виды заморозков, какие из них наиболее опасны для лесного хозяйства?

18.Что такое инверсия и виды ее?

Тема 4. Вода в атмосфере и в почве

Образующаяся влага зависит от температуры воздуха и содержания в виде водяного пара, либо водяных капель и кристаллов льда, которые образуют облака. Температура воздуха также определяет и тип осадков (дождь, снег, мокрый снег или град).

8

Студентам следует разобраться, как происходит испарение влаги, конденсация и сублимация водяного пара, из каких элементов состоят облака, туманы. Нужно знать причины образования засух и меры борьбы с ними, влияние леса на влажность воздуха и осадки.

Вопросы для контрольного задания

(ответить на вопрос, номер которого равен сумме двух последних цифр номера зачетной книжки)

1.Как поступает в атмосферу водяной пар?

2.Суточный и годовой ход абсолютной и относительной влажностей воздуха. Какие факторы влияют на них?

3.Как влияет растительный покров на испарение и влажность воздуха?

4.Условия, необходимые для конденсации водяного пара на земной поверхности и в атмосфере.

5.Какие осадки и при каких условиях образуются на поверхности земли, земных предметов, растительного покрова?

6.Какие осадки выпадают из облаков и какие условия необходимы для их образования?

7.Каковы физические свойства снежного покрова и его значение.

8.Каковы типы годового хода осадков?

9.Причины образования засух, типы их и меры борьбы с ними.

10.Как влияет лес на снежный покров и на количество жидких и твердых осадков под пологом?

11.Каков круговорот воды на Земле?

12.Перечислите основные показатели влажности воздуха. В каких единицах измерения определяется каждый показатель?

13.Каково влияние широты на суточный и годовой ход влажности воздуха?

14.Что такое насыщающая упругость водяного пара?

15.В чем различие упругости насыщения над поверхностью льда и над поверхностью переохлажденной воды?

16.От каких факторов зависит испарение в естественных условиях и каковы методы регулирования испарения в лесном хозяйстве?

17.Как образуются ядра конденсации?

18.Перечислите виды наземных гидрометеоров.

19.Как классифицируются туманы по условиям образования?

20.Перечислите виды твердых, жидких и смешанных осадков.

21.Как образуются облака и какова классификация облаков по семействам и формам?

Задача 1. Рассчитать показатели, характеризующие влажность воздуха по данным измерений стационарным и аспирационным психрометром. Исходные данные приведены в табл. 2. Решить задачу, номер которой равен последней цифре номера зачетной книжки.

9

Задача 2. Рассчитать показатели, характеризующие влажность воздуха по данным измерений гигрометром. Измеренные величины: температура воздуха и относительная влажность по гигрометру приведены в табл. 3. Решить задачу, номер которой равен предпоследней цифре номера зачетной книжки.

Определение показателей, характеризующих влажность воздуха, начинают с расчета парциального давления водяного пара (е):

В задаче 1 по формуле:

е = Е1-А∙Р(t-t1),

в задаче 2 по формуле:

е Е100r ,

где, Е1 – давление насыщенного водяного пара при температуре смоченного термометра, гПа;

10