14

Міністерство освіти і науки України

Херсонський державний морський інститут

Кафедра судноводіння, охорони праці та навколишнього середовища

Конспект лекцій

з дисципліни „Метеорология”

підготовки бакалавра з напряму

,

з напряму: 6.070104 „Морський та річковий транспорт”,

курс другий для судноводіїв,

форма навчання: денна

Херсон  2010

Метеорология Лекция №1 Состав и строение атмосферы

УДК 656.62.052.4:551.5(075) Кузнецов Ю.М. к.т.н., доцент

кафедры «Судовождение».

План:

1. Введение. Общие положения.

2. Состав и строение атмосферы, принципы деления на слои.

3. Стандартная атмосфера.

4. Методы исследования атмосферы.

1. Общие положения.

Современные морские суда могут осуществлять плавание в сложных погодных условиях. Тем не менее ветер и волнение, встречные течения и ряд других гидрометеорологических (ГМ) факторов влияют на скорость и путь судов: увеличивается продолжительность перехода возрастает возможность повреждения палубных и трюмных грузов, ухудшаются условия работы и отдыха экипажа.

Поэтому своевременный учет ГМ условий повышает не только безопасность плавания судов, но и эффективность экономических показателей работы флота. Процессы и явления, происходящие в атмосфере и океанах, изучается в науках морская метеорология и океанография.

Морская метеорология – наука, исследующая особенности процессов и явлений, происходящих в атмосфере над океанами и устанавливающая причинные зависимости между ними.

Океанография – наука, изучающая физические и химические свойства воды, закономерности физических и химических процессов и явлений в Мировом океане в их взаимодействии с атмосферой и сушей.

Использование основных положений морской метеорологии и океанографии в мореплавании привело к созданию специальной науки – гидрометеорологическое обеспечение судовождения.

Метеорология - наука, изучающая атмосферные процессы и явления в их взаимодействии с земной поверхностью – сушей и водой.

Изучение человеком атмосферных процессов и явлений началось очень рано. Уже первые мореплаватели и первые земледельцы в древние времена обращали внимание на смену летнего тепла и зимнего холодана изменение ветра, облаков и осадков и на другие явления. Однако как наука метеорология начала развиваться в ХУП веке с изобретением первых приборов для наблюдения за погодой: термометра, дождемера, гигрометра, барометра. В России непрерывные наблюдения за погодой начались в 1726г. Для этого была организованна сеть станций, охватывающая как европейскую часть России, так и Сибирь.

По мере развития метеорологии как науки из нее выделились: динамическая метеорология, аэрология, климатология, а в последние десятилетия – спутниковая метеорология.

Задачей динамической метеорологии является построение на основании законов гидромеханики и термодинамики математических моделей атмосферных процессов.

Синоптической метеорологией называется наука, изучающая закономерности атмосферных процессов и изменений погоды в целях предсказания погоды, т.е. наука о погоде и ее предсказании.

Физика атмосферы изучает физические явления и процессы . происходящие в атмосфере, такие как поглощение и излучение тепла, нагревание и охлаждение атмосферного воздуха, его движение, испарение и конденсация водяного пара в виде облаков и туманов, разнообразные оптические явления в атмосфере и т.д.

Климатология ставит своей задачей описание и объяснение системы климатов земного шара в тесной их связи с физико-географическими условиями.

Аэрология – наука о процессах, происходящих в свободной атмосфере, и о способах изучения.

Спутниковая метеорология – наука, исследующая поля облачности, осадков, грозовой деятельности, ветра, температуры влажности, газового состава атмосферы и пр. с помощью дистанционных методов зондирования атмосферы из космоса

Газообразная оболочка Земли называется атмосферой: от греческого «атмос» - воздух, «сфайра» - слой, сфера. Под влиянием взаимодействия атмосферы с земной поверхностью и внутренних процессов физическое состояние атмосферы и отдельных ее частей непрерывно изменяется.

Для количественной оценки состояния атмосферы вводится ряд величин, называемые метеорологическими элементами. Это – температура, давление, плотность, и влажность воздуха, скорость ветра, количество, высота, водность, горизонтальная и вертикальная протяженность облаков; интенсивность осадков, метеорологическая дальность видимости и т.д.

Физические процессы, сопровождающиеся резким изменением состояния атмосферы, называются атмосферными явлениями. К ним относят туман, грозу, метель, гололед, иней, пыльные песчаные бури, обледенение, осадки, облака, полярные сияния, град и др.

Состояние атмосферы в определенный момент или промежуток времени, характеризуемое совокупностью метеорологических элементов и атмосферных явлений, называется погодой.

Для характеристики пространственного распределения метеорологических элементов в фиксированный момент времени введено понятие об эквискалярных поверхностях, т.е. таких поверхностях, в каждой точке которых элемент сохраняет постоянную величину.

Уравнение эквискалярной поверхности имеет вид:

F(x, y , z ,t) = c, (1)

где С – постоянная для данной эквискалярной поверхности.

Эквискалярные поверхности давления называются изобарическими поверхностями, температуры – изотермическими, плотности – изопикническими и т.д.

Вектор, направленный по нормали к эквискалярной поверхности в сторону убывания данной величины, называется градиентом.

По величине (модулю) градиент равен пределу отношения приращения метеоэлемента ΔF к расстоянию между эквискалярными поверхностями ΔN, т.е.

= - (2)

Проекции grad F на горизонтальную и вертикальную ось называют горизонтальным и вертикальным градиентами (рис 1.)

Горизонтальный градиент всегда положителен, так как он направлен в сторону убывания, вертикальный может быть как положительным так и отрицательным: если метеорологический элемент убывает с высотой, то вертикальный градиент его положителен ( , если метеорологический элемент возрастает с высотой, то вертикальный градиент отрицателен ( .

grad_n F = - ,

(3)

grad_z F = -

Переходя к конкретным метеоэлементам, отметим, что горизонтальный градиент давления обозначается, например,

G_r= - (4)

вертикальный

G_B= - (5)

На синоптических картах изобары проводятся через 5мб ( ). горизонтальный градиент рассчитывается обычно в (мб/100км.).

Горизонтальный и вертикальный градиенты температуры обозначаются соответственно:

Г = - γ = - (6)

Горизонтальный градиент рассчитывается в градусах на 100км. вертикальный – градусах на 100м.

Кривая распределения температуры с высотой называется кривой стратификации атмосферы. Подробнее она будет рассматриваться при изучении аэрологической диаграммы.