- •Программная лекция 1 из модуля 1 «предмет и задачи метеорологии. Методы метеорологии и климатологии. Метеорологические наблюдения»
- •Проблемная лекция 1 из модуля 1
- •Программа наблюдений на метеорологических станциях
- •Метеорологические приборы
- •Методы аэрологических наблюдений
- •Метеорологическая служба
- •Всемирная метеорологическая организация
- •Проблемная лекция 2 из модуля 1.
- •Состав верхних слоев атмосферы
- •Основные метеорологические элементы
- •Метеорологические явления
- •Вертикальная неоднородность атмосферы. Важнейшие свойства атмосферы
- •Горизонтальная неоднородность атмосферы
- •Циклоны и антициклоны
- •Программная лекция 3 из модуля 1 «атмосферное давление и плотность воздуха. Статика атмосферы»
- •Проблемная лекция 3 из модуля 1
- •«Атмосферное давление и плотность воздуха.
- •Статика атмосферы»
- •Общий характер распределения в атмосфере температуры
- •Уравнение состояния сухого и влажного воздуха
- •Изменение давления воздух с высотой. Барометрическая формула
- •Вертикальный градиент давления
- •Реальная атмосфера
- •Программная лекция 4 из модуля 1 «рух воздух в атмосфере»
- •Проблемная лекция 4 из модуля 1 «движение воздуХа в атмосфере» движение воздуХа в атмосфере
- •Структура ветра
- •Влияние препятствий на ветер
- •Градиентная сила
- •Силы, которые возникают при движении воздуха.
- •Установишееся движение при отсутствии трения. Градієнтний ветер
- •Установившееся движение при наличии трения
- •ГрадИЕнтнЫй ветер при круговых изобарах
- •Антициклон
- •Воздушные массы. Турбулентное перемешивание в атмосфере
- •Проблемная лекция 5 Из модуля 1
- •Конденсация и сублимация водного пара. Облачность. Осадки» вода в атмосфере
- •Характеристики влажности воздуха
- •Суточный и годовой ход влажности воздухА
- •Изменение влажности с высотой
- •Общие условия фазовых переходов воды в атмосфере
- •Испарение и испаряемость Упругость насыщения над разными поверхностями
- •Скорость испарения
- •Суточный и годовой ход испарения
- •Облачность. Классификация облаков
- •Годовой ход туманов
- •Химический состав осадков
- •Продукты наземной конденсации:
- •Водный баланс на земном шаре
- •Программная лекция 1 из модуля 2 «общие положения радиационного режима в атмосфере. Основные понятия и законы излучения»
- •Проблемная лекция 1 из модуля 1 «общие положения радиационного режима в атмосфере. Основные понятия и законы излучения» основные законы лучистой энергии
- •Потоки солнечной энергии
- •Факторы, которые влияют на приход прямой радиации к земной поверхности
- •Рассеянная и суммарная солнечные радиаци
- •Суммарная радиация (q) - это сумма прямой (s') и рассеянной радиации (d).
- •Альбедо земной поверхности
- •Длинноволновое излучение земной поверхности и атмосферы
- •Радиационный баланс деятельной поверхности
- •Природа парникового эффекта, его глобальные экологические и социальные следствия
- •Программная лекция 2 из модуля 2 «термодинамика атмосферы. Адиабатические процессы»
- •Проблемная лекция 2 из модуля 2 «термодинамика атмосферы. Адиабатические процессы»
- •Потенциальная температура
- •Влажноадиабатические изменения температуры
- •Псевдоадиабатический процесс
- •Энергия неустойчивости, конвекция и ускорение конвекции
- •Термическая стратификация атмосферы
- •Уровень конвекции
- •Инверсии в тропосфере
- •Инверсии свободной стратосферы
- •Вопросы для самопроверки
- •Температура воздуха на разных широтах
- •Температурные аномалии
- •Суточный и годовой ход температуры воздух Суточный ход температуры
- •Годовой ход температуры воздуха
- •Заморозки
- •Тепловой баланс деятельной поверхности и атмосферы Тепловой баланс деятельной поверхности
- •Тепловой баланс системы Земля-атмосфера
- •Тепловой баланс почвы и воды
- •Изменение температуры почвы с глубиной
- •Нагревание и охлаждение водоемов
- •Вопросы для самопроверки
- •Проблемная лекция 1 из модуля 3
- •Программная лекция 1 з модулю 3
- •Теплооборот, влагообмен и атмосферная циркуляция как климатообразующие факторы
- •Влияние географической широты на климат
- •Изменение климата с высотой
- •Влияние распределения моря и суши на климат
- •Континентальность климата, индексы континентальности
- •Орография и климат
- •Океанические течения и климат
- •Влияние снежного и растительного покрова на климат
- •Общая циркуляция атмосферы
- •Термическая циркуляции в атмосфере
- •Общая циркуляция атмосферы
- •Циркуляция над однородной поверхностью
- •Циркуляция в реальной атмосфере
- •Пассаты
- •Антипассаты
- •Муссоны
- •Местные ветры
- •Горно-долинные ветры
- •Ледниковые ветры
- •Маломасштабные вихри
- •Служба погоды
- •Синоптический анализ и прогноз
- •Долгосрочные прогнозы
- •Принципы классификации климатов
- •Климат украины
- •Факторы, которые вызывают изменения климата
- •Изменения земного климата в прошлом и их причины
- •Колебание климата в 20-м веке
- •Использованная литература
Проблемная лекция 5 Из модуля 1
«ВОДЯНОЙ ПАР в АТМОСФЕРЕ. ИСПАРЕНИЕ.
Конденсация и сублимация водного пара. Облачность. Осадки» вода в атмосфере
Вода существует везде: в атмосфере она существует в виде пара и скоплений облаков, в земной коре – в трещинах и порах, она наполняет растительные и животные организмы. Она есть всюду, где существует человек и все живое.
По современным приблизительным оценкам масса воды в гидросфере составляет около 1,5∙ 1021 т, что отвечает слою воды, который мог бы равномерно укрыть всю поверхность Земли слоем толщиной 3260 м. Общее количество воды, которое принимает участие в кругооборота, составляет 12-14 тыс. км3, что возможно выразить слоем воды толщиной 25 мм, что покроет весь Земной шар.
В сравнении с общим запасом воды, атмосферная влага составляет малую часть. Однако она играет огромную роль в изменениях погоды, во многих перечисленных процессах, которые проходят на земной поверхности, в атмосфере и биосфере.
За год в виде осадков из атмосферы выпадает 577000 км3 воды. На испарение такого количества воды расходуется много тепла. Для всей земной поверхности это составляет 1024 Дж/год, то есть 25 % солнечной энергии, которая поступает на Землю. Во время конденсации водяного пара в атмосфере к ней поступает такое же количество тепла.
Вода, которая нас окружает - это вещество с уникальными свойствами, которые еще полностью не объяснены и не все известные. Анализ обычной воды показывает, что на самом деле это смесь нескольких разновидностей воды с общей формулой H2O, которые представляют собой соединение изотопов кислорода и водорода. Кроме обычного водорода (Н1) встречается водород с массой 2 (Н2), которые называют дейтерием (Д), и еще более тяжелый водород с массой 3 (Н3) -тритий (Т). В кислорода выявленные, кроме обычного с атомным весом 16 (О ), еще два более тяжелых изотопа: с атомным весом 17 (О17) и 18 (О18). Теоретически может существовать 42 разных изотопных разновидности воды, из которых лишь 7 устойчивы, то есть не радиоактивны. Вот их смесь и образует реальную гидросферу. При этом 99,73 % гидросферы составляет обычная вода с молекулярным составом Н2О16; 0,04 % - тяжелая кислородная вода состава Н2О17; 0,02 % - состава H2О18, а также тяжелая вода состава Д2О. Количество тяжелой воды в смеси разных изотопных разновидностей реальной воды незначительная: на 1 литр естественной воды приходится 0,15 мл Д2О. Разность в изотопном составе влияет на физические свойства воды. Например, тяжелая вода имеет плотность 1,104 г/см3, кипит при температуре 101,43 °С, а лед из тяжелой воды топится при температуре 3,813°С, она испаряется медленнее, чем обычная вода. Однако в общей массе естественной воды влияние изотопных разновидностей на ее физические свойства неощутимы. Интересно отметить, что в природе нет воды, которая бы отвечала закономерностям, присущим ряду веществ соединений водорода, которые имеют подобную молекулярную структуру. Так, легчайшая из этого ряда соединений вода должна была бы замерзать при –90 °С, а она замерзает про 0 °С, кипеть - при -70°С, а она кипит при 100°С.
Известно, что все жидкости при затвердении образуют вещество всегда большей плотности, чем плотность первичной жидкости. Вода, уменьшаясь в объеме при охлаждении и увеличивая при этом плотность, сначала ведет себя как и все другие жидкости, но достигнув наибольшей плотности при температуре +4 °С, при дальнейшем снижении температуры начинает расширяться, и в особенности сильно (почти на 11 %) увеличивает свой объем при превращении в лед. В результате такого процесса плотность воды при температурах ниже 4 °С, и в особенности льда, оказывается меньшей: лед плавает на поверхности воды. Характер изменения плотности воды создает условия для расслоения (стратификации) воды по плотности подо льдом таким образом, что зимой в пресных водоемах с увеличением глубины вода становится теплее: ее температура от нижней границы льда до дна увеличивается от 0°С до +4°С. Описанный естественный феномен содействует сохранению жизнедеятельности животного и растительного мира водоемов.
Аномальные свойства воды (в разных фазовых состояниях) можно сформулировать так:
-
вода имеет наибольшую плотность, которая равняется 103 кг/м3, при температуре +4 0С. При изменении температуры в ту или другую сторону от +4 0С плотность воды уменьшается. При 0 0С плотность льда составляет 9,1·105 кг/м3;
-
теплоемкость вещества при затвердевании изменяется несущественно. Вода же имеет совсем другие свойства. Удельная теплоемкость жидкой воды равняется: Св = 4186,8 Дж/(кг·град), однако удельная теплоемкость льда составляет: Сл = 2114 Дж/(кг·град), или почти половину теплоемкости воды. Относительно удельных теплоемкостей водяного пара, то они практически не зависят от температуры. Например, теплоемкость водяного пара при постоянном объеме равняется Сv = 2114 Дж/(кг·град),а при неизменном давлении Сp = 1846 Дж/(кг·град);
-
поверхностное натяжение воды выше, чем у других известных жидкостей и при температуре 20 0С составляет 72,7·10-3 Дж/м2;
-
теплопроводность воды очень маленькая: при температуре 0 0С она равняется 0,054 Вт/(г·град).