- •1. Метеорология и климатология. Климат. Положение метеорологии и климатологии в системе наук, их практическое значение.
- •2.Основные этапы истории развития метеорологии и климатологии.
- •3. Атмосфера и погода.
- •4.Методы метеорологии и климатологии.
- •5.Метеорологическая сеть, метеорологическая служба. Международные метеорологические программы.
- •1.Атмосферное давление, единицы измерения.
- •2.Температура воздуха, температурные шкалы.
- •3.Состав сухого воздуха у земной поверхности. Водяной пар в воздухе. Изменение состава воздуха с высотой.
- •4.Плотность воздуха.
- •5.Строение атмосферы: основные слои атмосферы и их особенности.
- •6.Адиабатические процессы в атмосфере.
- •7.Ветер. Связь ветра с изменениями давления. Скорость и направление ветра.
- •8.Розы ветров.
- •9.Воздушные массы.
- •10.Атмосферные фронты.
- •1.Испарение и испаряемость. Скорость испарения.
- •2.Характеристики влажности воздуха.
- •3.Суточный и годовой ход характеристик влажности воздуха.
- •5.Облака. Микроструктура и водность облаков. Описание основных родов облаков.
- •6.Образование осадков.
- •7.Виды осадков.
- •8.Облачность, ее суточный и годовой ход.
- •9.Характеристика режима осадков.
- •10.Дымка, туман. Условия образования туманов.
- •11.Гроза, молния и гром. Шаровая молния.
- •12.Снежный покров и его характеристики. Климатическое значение снежного покрова.
- •1.Спектральный состав солнечной радиации.
- •2.Коротковолновая и длинноволновая радиация.
- •3.Тепловое и лучистое равновесие Земли.
- •4.Солнечная постоянная, солнечная активность.
- •5.Поглощение и рассеяние солнечной радиации в атмосфере. Распределение солнечной радиации на границе атмосферы.
- •6.Явления, связанные с рассеянием радиации. Суточный ход прямой и рассеянной радиации.
- •7.Поглощенная радиация. Радиационный баланс земной поверхности. Уходящая радиация.
- •1.Причины изменения температуры воздуха.
- •2.Механизмы теплообмена между атмосферой и подстилающей поверхностью.
- •3.Тепловой баланс.
- •4.Суточный и годовой ход температур поверхности почвы и водоемов. Различия в тепловом режиме почвы и водоемов.
- •5.Суточный ход температуры воздуха и его изменение с высотой. Заморозки.
- •6.Годовая амплитуда температуры воздуха.
- •7.Конвекция и стратификация атмосферы.
- •8.Распределение температуры с высотой в тропосфере и стратосфере.
- •9.Инверсии температуры, их типы.
- •1.Барическое поле, изобарические поверхности, изобары.
- •2.Горизонтальный барический градиент.
- •3.Барические системы.
- •4.Колебания давления во времени, непериодические изменения и суточный ход.
- •5.Геострофический и градиентный ветер. Изменение ветра с высотой.
- •6.Суточный ход ветра.
- •1.Масштабы атмосферных движений. Средняя величина давления для земного шара и полушарий.
- •2.Циркуляция в тропиках.
- •3.Пассаты и антипассаты.
- •4.Тропические муссоны.
- •5.Преобладающие направления ветра.
- •6.Внетропическая циркуляция.
- •7.Внетропические циклоны. Возникновение и эволюция циклонов.
- •8.Службы погоды. Прогноз погоды. Синоптический анализ.
- •1. Глобальный и локальный климаты. Климатическая система.
- •2.Географические факторы климата.
- •3.Микроклимат как явление приземного слоя атмосферы.
- •4.Методы исследования микроклимата.
- •5.Непреднамеренные воздействия человека на климат.
- •6.Техногенное увеличение концентрации углекислого газа и аэрозолей и его последствия.
- •7.Климат большого города.
- •8.Классификация климатов.
- •1. Изменение климата в историческое время.
- •2. Методы исследования и восстановления климатов прошлого.
- •3.Изменение климата в период инструментальных наблюдений.
- •4.Антропогенные изменения климата.
3.Состав сухого воздуха у земной поверхности. Водяной пар в воздухе. Изменение состава воздуха с высотой.
Атмосферный воздух у земной поверхности, как правило, влажный. Это значит, что в его состав вместе с другими газами входит водяной пар, т.е. газообразная фаза воды Н2О. В отличие от других составных частей воздуха содержание водяного пара в воздухе меняется в значительных пределах: у земной поверхности оно колеблется между сотыми долями процента и несколькими процентами. Это объясняется тем, что при существующих в атмосфере температурах и давлениях водяной пар может переходить в жидкое (вода) и твердое (лед) состояния и наоборот, может поступать в атмосферу заново вследствие испарения с земной поверхности. Поэтому обычно в метеорологии сначала рассматривают отдельно сухой воздух и водяной пар, а затем влажный воздух. Кроме водяного пара существенно меняется в воздухе также содержание углекислого газа и озона.
Воздух без водяного пара называют сухим. У земной поверхности сухой воздух содержит 78% по объему (76% по массе) азота и 21% по объему (23% по массе) кислорода, т. е.сухой воздух на 99% состоит из двухатомных молекул азота N2 и кислорода О2. Оставшийся 1% почти целиком приходится на аргон Аг (табл. 1). Всего 0,03% приходится на диоксид углерода (углекислый газ) СО2. Содержание многочисленных других газов, входящих в состав приземного воздуха, составляет тысячные, миллионные и миллиардные доли процента. Это неон Ne, гелий Не, метан СН4, криптон Кr, водород Н2. закись азота N2O, ксенон Хе, озон О3, диоксид азота NO2, диоксид серы SO2, аммиак NH3, угарный газ СО, йод, радон Rn и др.
Все перечисленные выше составляющие сухого воздуха всегда сохраняют газообразное состояние при наблюдающихся в атмосфере температурах и давлении не только у земной поверхности, но и в высоких слоях.
Процентный состав сухого воздуха у земной поверхности очень постоянен. Однако в настоящее время в атмосферу поступает большое количество газов, которых не было в ее составе раньше, например некоторые хлорфторуглеводороды, в том числе фреоны. Особенно важное значение имеет изменение содержания диоксида углерода и озона. Сжигание огромных количеств ископаемого органического топлива привело к систематическому увеличению концентрации СО2. Так, по данным наблюдений глобальное содержание СО2 увеличилось на 30% от 280 ppmv (ррm - миллионная доля) в конце XVIII в. до 358 ppmv в 1994 г. Кроме такого общего фонового возрастания диоксида углерода наблюдаются и локальные увеличения объемного содержания СО2 в промышленных центрах, в воздухе закрытых плохо вентилируемых помещений, в городах со скоплениями автотранспорта, где его содержание может достигать 0,1-0,2%. В связи с этим, конечно, уменьшается, но весьма незначительно, процентное содержание азота и кислорода.
Каждый газ в атмосфере выполняет определенные функции. Наиболее велика роль свободного кислорода - без него невозможно дыхание, горение, окислительные процессы.
Азот - важный биогенный элемент, входящий в состав белков и нуклеиновых кислот, его соединения обеспечивают минеральное питание растений. Углекислый газ пропускает солнечную энергию, но задерживает тепловое излучение, он же используется растениями для построения органического вещества. Важна и роль озона, который поглощает большую часть ультрафиолетовой радиации Солнца, губительно действующего на живые организмы.
В воздухе содержится много мелких твердых частиц, количество которых увеличивается после извержения вулканов, массовых лесных пожаров, пыльных бурь и т. д. Твердые частицы служат ядрами конденсации, вокруг которых образуются осадки.
Таблица 1 – Состав сухого атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли
Газ |
Объемное содержание, % |
Относительная молекулярная масса |
Плотность по отношению к плотнос-ти сухого воздуха |
Азот |
78,084 |
28,0134 |
0,967 |
Кислород |
20,946 |
31,9988 |
1,105 |
Аргон |
0,934 |
39,948 |
1,379 |
Диоксид углерода |
0,033 |
44,00995 |
1,529 |
Неон |
1,818·10-3 |
20,183 |
0,695 |
Гелий |
5,239·10-4 |
4,0026 |
0,138 |
Криптон |
1,14·10-4 |
83,8 |
2,868 |
Водород |
5·10-5 |
2,01594 |
0,07 |
Ксенон |
8,7·10-6 |
131,3 |
4,524 |
Озон |
10-5-10-6 |
47,9982 |
1,624 |
Сухой воздух |
100 |
28,9645 |
1,0 |