Лесная метеорология. Методичка

А – коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха относительно испаряющей поверхности (поверхности батиста на смоченном термометре);

Р – атмосферное давление, гПа;

t – температура воздуха (температура по сухому термометру), С;

t1 – температура испаряющей поверхности (температура по смоченному термометру), С;

r – относительная влажность воздуха, %. Давление насыщенного водяного пара при температуре сухого (Е) и смоченного (Е1) термометров при положительных температурах определяется по табл. 3, при отрицательных температурах – по таблице приложения.

Вданных таблицах давление насыщенного водяного пара приведено

вмиллибарах. Единицы измерения давления – миллибар и гектопаскаль равны. Все другие показатели, характеризующие влажность воздуха, определяются в соответствии с учебными пособиями.

Тема 5. Атмосферное давление и воздушные течения в атмосфере

Атмосферное давление необходимо знать для составления приземных синоптических карт, отражающих состояние погоды в определенный момент времени. Воздух давит на земную поверхность в разных местах с различной силой. Нужно уяснить, что такое атмосферное давление, от каких факторов зависит его величина. Атмосферное давление понижается с высотой местности, отсчитываемой от уровня моря, где объем воздушной массы, давящей на поверхность, намного больше, чем высоко в горах. Следует разобраться, какие силы действуют на движущуюся массу воздуха и определяют скорость и направление ветра. Большое значение для формирования погоды и климата имеют циклоны и антициклоны. При изучении местных ветров нужно объяснить физические свойства и причины возникновения этих ветров.

Вопросы для контрольного задания

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

1.В каких единицах измеряется атмосферное давление, какова величина нормального давления? Показатели, характеризующие количественно изменение давления в пространстве в вертикальном и горизонтальном направлениях.

2.Как характеризуются скорость и направление ветра? Факторы, влияющие на скорость ветра.

3.Распределение давления и системы ветров в циклонах.

4.Распределение давления и системы ветров в антициклонах.

11

5.Какие ветры называются местными? Объясните причины возникновения бризов и горно-долинных ветров.

6.Условия возникновения, причины и физические свойства фенов и боры.

7.Причины образования тропических и внетропических муссонов. Приведите их характеристику и объясните влияние на климат.

8.Как влияет растительный покров на ветер?

9.Дайте понятие об атмосферном давлении. Как оно изменяется с высотой?

10.Что называется барической ступенью?

11.Как изменяется амплитуда суточного и годового хода атмосферного давления в зависимости от широты?

12.Как изображается атмосферное давление на синоптических картах?

13.Для чего давление приводится к уровню моря?

14.Что относится к барическим системам?

15.Что такое ветер и причины его образования?

16.На какие градации подразделяется шкала Бофорта?

17.Чем обусловлен суточный и годовой ход скорости ветра?

18.Какие бывают основные потоки общей циркуляции атмосферы?

19.Что такое муссоны и пассаты?

20.Какое влияние оказывают местные ветры на климат конкретного места наблюдений?

21.Как учитывается роза ветров в лесном хозяйстве?

22.Перечислите опасные явления погоды, связанные с ветром.

Задача. По данным, приведенным в табл. 4, рассчитать атмосферное давление на уровне моря. Решается задача, номер которой равен сумме двух последних цифр номера зачетной книжки.

Для решения задачи необходимо сделать некоторые пояснения.

Единицами измерения атмосферного давления являются:

1 Па = 1Н/м2 = 10 дин/см2 = 0,102 кгс/м2 = 10-5 бар = 7,5∙10-3 мм рт.ст.

Нормальное атмосферное давление – давление, равное давлению ртутного столба высотой 760 мм (1013 гПа) при температуре 0 С на широте 45 и на уровне моря на площадь 1 см2 (q составляет 980,6 см/с2). Давление 750 мм рт.ст. (1000 гПа) при этих условиях называется стандартным давлением. Давление воздуха с высотой уменьшается, так как на каждую более высоко расположенную поверхность давит меньшая масса атмосферы. Изменение давления воздуха с высотой характеризуют количественно барической ступенью – это высота, на которую следует подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа.

Выражается она в м/гПа и определяется по формуле:

n 8000 (1 t),

P

где Р – среднее давление слоя воздуха между двумя уровнями, гПа; t – средняя температура слоя, С;

– термический коэффициент расширения газов, равный 0,00366. Давление на уровне моря Ру.м вычисляется по формуле:

Ру.м Рст Р,

где Рст – давление на метеостанции;Р – поправка на приведение давления к уровню моря. Величину Р

можно определить по высоте станции Н над уровнем моря и по барической ступени n: Р(гПа) Н/h.

Для нахождения точного значения барической ступени определяют среднее значение (Р) и среднюю температуру (t) слоя воздуха между уровнем моря и станции. Для определения Р сначала находят приближенное значение барической ступени (n ) по формуле: n = 8000/РН, затем приближенные значения разницы в давлениях на уровне моря и на уровне станции Р = Н/n и давление на уровне моря Ру.м = РН + Р . Среднее давление слоя воздуха между уровнями моря и станции Р = (РН + Р у.м)/2. Приближенные значения величин в приведенных выше формулах получены штрихами.

Чтобы найти среднюю температуру слоя воздуха между уровнями, сначала определяют температуру воздуха на уровне моря (tу.м). Учитывая, что в среднем в тропосфере температура увеличивается с уменьшением высоты с градиентом 0,6 С на 100 м:

13

где, tН – температура воздуха на станции, С. Затем определяют t по формуле:

t = (tН + t у.м)/ 2.

Тема 6. Погода и ее изменения

Для лучшего понимания данной темы ниже приводятся некоторые пояснения и дополнения.

Характер погоды определяется возникновением, развитием и перемещением крупнейших атмосферных вихрей – циклонов и антициклонов. Они являются наиболее значительными явлениями атмосферы.

Циклоны обычно приносят с собой дождливую и изменчивую погоду, а антициклоны – сухую и ясную. Эти мощные атмосферные вихри с диаметром 1500-3000 км и протяженностью по вертикали до 15-20 км образуются под высотными фронтальными зонами, где имеются струйные течения (воздушные потоки с очень большими скоростями ветра, превышающими 25-30 м/с и достигающие до 80 м/с).

В циклоне наиболее низкое атмосферное давление наблюдается в центре. Поэтому воздушные течения у поверхности земли направлены от периферии к центру (рис. 1). Однако под действием отклоняющей силы вращения Земли движение воздуха в циклонах проходит в Северном полушарии против часовой, а в Южном – по часовой стрелке.

Н

Рис. 1. Векторы скорости и линии тока в циклоне (Северное полушарие)

14

В антициклоне, наоборот, давление возрастает в направлении от периферии к центру, поэтому ветры под действием силы градиента давления, образуя вихрь, закручиваются по часовой стрелке (рис. 2).

В

Рис. 2. Векторы скорости и линии тока в антициклоне (Северное полушарие)

Циклоны, которые воздействуют на погоду на территории нашей страны, приходят из районов, над которыми располагается высотная фронтальная зона. В Северном полушарии можно выделить две фронтальные зоны большой протяженности. Одна из них охватывает восток Азии и прилегающую часть Тихого океана, вторая – восточную половину Америки и прилегающую часть Атлантики (используйте карту, рис. 3).

Общей закономерностью основных путей движения циклонов в Европе является то, что почти все циклоны смещаются с запада, северозапада или юго-запада, в соответствии с направлением ветров на высотах. Южные циклоны (циклоны, поступающие из районов Средиземноморья) приносят с собой резкое ухудшение погоды – значительные осадки, усиление ветра, метели, гололед.

На Дальний Восток циклоны либо смещаются из континентальных областей, либо приходят с Тихого океана.

В умеренных широтах циклоны не представляют опасности, тогда как тропические циклоны, движущиеся с большой скоростью – до 90 км/час и более, приносят огромные разрушения и силы Кориолиса дуют по часовой стрелке в Северном и против часовой стрелки в Южном полушарии (см. рис. 4,5).

15

Рис. 3. Центральный циклон и субтропический антициклон на синоптической карте (карта упрощена, оставлены только изобары и фронты)

Фронты наиболее резко выражены в развивающихся циклонах. Этому способствует сходимость воздушных течений в зоне фронта у поверхности земли, приводящая к сближению масс воздуха и с низкими, и высокими температурами.

Воздух в развивающемся циклоне стремится подняться вверх, попадая в слои с меньшим давлением, он расширяется и охлаждается. Содержащийся в нем водяной пар конденсируется, образуется мощная облачность, выпадают осадки.

Средняя скорость подъема или опускания воздуха в развивающихся циклонах и антициклонах равна 1-3 м/мин, в то время как средние горизонтальные скорости воздушных течений в их системах достигают 5001000 м/мин, т.е. больше вертикальных в несколько сот раз.

Когда скорости ветра превышают 120 км/час, тропические циклоны называют ураганами. По данным американских ученых, в экстремальных случаях скорость ветра может превышать 240 км/час.

Ураганы обычны почти для всех тропических районов Мирового океана, однако по неизвестным причинам практически не наблюдаются над Южной Атлантикой и в юго-восточной части Тихого океана (рис. 6). В западной части Тихого океана ураганы, называемые тайфунами, во многом определяют жизнь народов на Филиппинах, в Японии, Юго-

16

18

Рис. 6. Ураган Донна наблюдался на экране радара в Майами, штат Флорида. Пространственный масштаб определяется показанной на фотографии окружностью радиусом 100 морских миль с центром в Майами.

Антициклоны

Вантициклоне фронты у поверхности Земли размываются, так как система течений здесь расходящаяся: потоки направлены не к фронту, а от фронта в стороны.

Вразвивающемся антициклоне, по сравнению с циклоном, происходят нисходящие движения воздуха, в результате он нагревается, удаляется от состояния насыщения, облака рассеиваются, осадки прекращаются. Воздух становится суше, облака не образуются, господствует ясная погода: летом жаркая и сухая, а зимой холодная.

Вночное время в антициклонах поверхность земли сильно охлаждается и на разных высотах возникают инверсионные теплые слои. Зимой вследствие накопления холодного воздуха на территории Сибири образуется мощный антициклон, который захватывает значительную часть не только Азии, но и Европы.

Малоподвижные антициклоны в теплое время года на суше создают засухи.

Вопросы для контрольного задания

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

1.Что такое воздушные массы? Каковы закономерности их формирования, перемещения и трансформации? Какие типы воздушных масс выделяются по термическому признаку?

2.Что такое атмосферные фронты? Приведите и объясните схему теплого фронта, укажите пространственные размеры, опишите систему облачности и осадков этого фронта. Как изменяется погода при прохождении теплых фронтов?

3.Какие фронты называются холодными? Чем различаются холодные фронты 1-го и 2-го рода? Нарисуйте и проанализируйте их схемы. Каковы пространственные размеры, системы облачности и осадков и как изменяется погода при прохождении этих фронтов?

4.Приведите схему общей циркуляции атмосферы. Объясните закономерности распределения давления воздуха и направлений воздушных течений в разных зонах. Какие факторы влияют на общую циркуляцию атмосферы и каково ее значение?

5.Какие ветры называются суховеями? Опишите их свойства и влияние на растительность и почвы.

6.Объясните, как влияют на погоду и климат воздушные массы, атмосферные фронты, циклоны и антициклоны?

7.Назовите четыре типа воздушных масс.

8.Какие основные фронты различаются в воздушных массах воздуха? Дайте их характеристику.

9.Что такое тропический циклон?

19

10.В чем отличие погоды в циклоне и антициклоне?

11.Дайте характеристику выпускающихся прогнозов по классификации Всемирной метеорологической организации.

12.Какие данные требуются синоптику для составления синоптических карт?

13.Какие существуют методы прогноза погоды?

14.Что положено в основу прогноза погоды по местным признакам? Перечислите их.

Тема 7. Основы климатологии

1. При изучении этой темы следует хорошо уяснить, что такое климат и микроклимат, какие факторы формируют их, как распределяются климатические элементы по земному шару и на территории России. Необходимо знать основные типы климатов, их характерные черты и различия между ними. Нужно запомнить климатические зоны земного шара по классификации Л.С. Берга, климатические зоны России и хорошо знать климатические условия различных зон земного шара, отдельных регионов России, представлять насколько благоприятны эти условия для произрастания растительности. Особое внимание следует обратить на то, какими причинами объясняются характерные для каждого района климатические условия.

Вопросы для контрольного задания

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

1.Морской и континентальный типы климата и основные различия между

ними.

2.Роль рельефа в формировании климата.

3.Как влияет лес на климат и водный режим местности?

4.Географическое распределение температур воздуха. Какие факторы влияют на него?

5.Географическое распределение атмосферных осадков и факторы, влияющие на него.

6.Кратко опишите основные черты климата Европейской части России.

7.Назовите климатообразующие факторы. Как они образуются?

8.Что такое климат?

9.Какие существуют гипотезы, объясняющие причины изменения климата?

10.Что такое микроклимат?

11.Основные различия микроклимата леса и открытого места?

12.От чего зависит микроклимат в лесу?

13.Каковы основные факторы, влияющие на распределение климатических элементов по земной поверхности?

14.Каковы недостатки в классификации климатов Кеппена?

20