3.Метеорологические елементы и явления.

Состояние атмосферы у земной поверхности, характеризуемое совокупностью значений метеорологических элементов и явлении, а также последовательным изменением их за определенный промежуток времени, называется погодой.

Метеорологическими элементами называют качественные и количественные характеристики, выражающие физическое состоянии атмосферы и происходящих в ней процессов. К ним относят атмосферное давление, температуру воздуха, влажность воздуха, ветер, облачность, количество и вид осадков, видимость, туман, метель, грозу, солнечную радиацию, продолжительность солнечного сияния и др.

Часто те метеорологические элементы, которые наблюдаются визуально, называют атмосферными явлениями (или просто явлениями), Это – осадки, туманы, метели, грозы, зарницы, полярные сияния, пыльные бури, шквалы, смерчи, гололедицы, снежный покров и др.

Погода и состояние моря очень изменчивы во времени и пространстве. Однако для данного географического района или местности можно установить наиболее характерные условия, т. е. многолетний режим метеорологических и гидрологических элементов.

К океанографическим (гидрологическим) элементам и явлениям относятся волнение, уровень, температура воды, течения, соленость, плотность, приливы и др.

Совокупность гидрометеорологических условий, присущих данному району в зависимости от ее географической обстановки, называют климатом.

Погодные условия (в том числе и состояние моря) более или менее изменяются от лета к зиме, от зимы к лету. Наблюдаются также изменения и от года к году. Но от одного многолетнего периода, для которого вычисляются значения метеорологических и гидрологических элементов, к другому они меняются мало. Можно говорить, что климат обладает устойчивостью. Поэтому учет климатических характеристик представляется важным при решении вопросов строительства того или иного объекта, использования портов, судов и самолетов, планирования и выбора мест ловли рыбы, выбора маршрута перехода и т. д.

4. Состав и строение атмосферы.

Атмосфера – газообразная (воздушная) оболочка Земли. Масса ее составляет 5·1015 т, что в миллион раз меньше массы литосферы и в 250 раз меньше массы гидросферы. Плотность воздуха быстро убывает с высотой, поэтому основная часть массы атмосферы сосредоточена в нижних слоях.

Земная атмосфера находится в постоянном движении: во вращательном движении ·Земли. В результате этих движений атмосфера Земли представляет собой хорошо перемешанную механическую смесь газов, состоящую (в %): из азота–78, кислорода –21, аргона –0,9, водорода –0,1, а также гелия, озона, метана и др. В состав атмосферы входят в переменных количествах водяной пар (от 0 до 4%), углекислый газ (до 0,03 %), а также мельчайшие частицы неорганического и органического происхождения (космическая пыль и др.) размером от 1 10~7 до 5·10-2 см.

5. Вертикальная и горизонтальная неоднородности. Атмосфера Земли по своим физическим свойствам чрезвычайно неоднородна по вертикали и по горизонтали. Вертикальная неоднородность ее наиболее отчетливо проявляется в характере изменения температуры воздуха с высотой. По этому признаку атмосферу принято делить на пять основных слоев (сфер) и четыре переходных слоя (паузы): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу, тропопаузу, стратопаузу, мезопаузу и термопаузу.

Наиболее характерной особенностью тропосферы является в целом падение температуры воздуха с высотой (на верхней границе тропосферы температура падает до –75, –85 "С), хотя здесь могут встречаться небольшие по вертикальной протяженности слои, где температура не меняется (это слои изотермии) или даже растет с высотой (слои инверсии).

Тропосферный воздух нагревается и охлаждается преимущественно от поверхности Земли. В этом слое содержится почти весь водяной пар, происходит образование туманов и облаков, атмосферных осадков и т. д., т. е. протекают основные процессы погоды.

Тропосфера от стратосферы отделена довольно четко выраженным переходным слоем толщиной 1–2 км – тропопаузой. Высота ее меняется от экватора (до 18 км) к полюсам (до 5–6 км) и от лета (располагается выше) к зиме (высота ее уменьшается). Кроме того, высота тропопаузы испытывает как периодические (сезонные и суточные), так и непериодические колебания, обусловливаемые синоптическими процессами в атмосфере.

Выше тропопаузы располагается стратосфера –50 км слой атмосферы, наиболее характерными свойствами которого являются возрастание общей и относительной концентрации озона (О₃), образующегося из молекулярного кислорода под влиянием ультрафиолетовой радиации, и рост температуры воздуха с высотой (до 0 °С). Роль озона в земной атмосфере исключительно велика, хотя его общее количество ничтожно мало (1 × 10^-6 %). Слой озона сильно поглощает ультрафиолетовую радиацию Солнца и тем самым защищает органическую жизнь планеты от губительного жесткого излучения.

Выше 55 км располагается мезосфера, которая характеризуется понижением температуры с высотой. К мезопаузе (80– 85 км) температура понижается до – 80 °С.

Над мезопаузой располагается наиболее мощный слой атмосферы – термосфера, характеризующаяся непрерывным ростом температуры с высотой. Термосфера простирается до высот 800– 1000 км, где переходит в экзосферу, также характеризующуюся ростом температуры до значений 1000–3000°К. Столь высокие значения температуры воздуха в верхних слоях атмосферы являются лишь мерой кинетической энергии молекул и атомов газов. В плане взаимодействия атмосферы и земной поверхности атмосферу делят на планетарный пограничный слой (слой трения) толщиной 1 –1,5 км и свободную атмосферу. Нижняя 30–50-метровая часть планетарного пограничного слоя носит название приводного (приземного) слоя атмосферы. Этот слой характеризуется наибольшими вертикальными градиентами метеорологических полей. Именно в этом слое происходит в основном вся хозяйственная деятельность человека.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что изучает гидрометеорология?

2. Каковы методологические особенности гидрометеорологии?

3. Что собой представляют метеорологические элементы и явления?

4. Дать характеристику состава атмосферы.

5. Каковы особенности строения атмосферы?

Лекция 2. Тепловой режим атмосферы

План лекции:

1. Солнечная радиация и ее ослабление в атмосфере.

2. Теплообмен океана и атмосферы.

3. Температурные градиенты.

4. Стратификация атмосферы и критерии неустойчивости.

5. Температурные инверсии.

6. Суточные и годовые колебания температуры.

7. Карты изотерм Мирового океана.

Рекомендованная литература:1,2,3,4,5,6,9.

Основные теоретические положения