2. - Ставропольский государственный аграрный университет

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра почвоведения им. В.И. Тюльпанова
Учебно-методический комплекс
МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ
наименование дисциплины
250700. 62 - Ландшафтная архитектура
Профиль подготовки - «Ландшафтное проектирование»
Бакалавр
Форма обучения
очная
АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ (АВТОР): Лысенко В.Я. кандидат с.х. наук ,
доцент кафедры почвоведения им. В.И. Тюльпанова; Никифорова А.М.
кандидат с.х. наук, ст. преподаватель кафедры почвоведения им. В.И.
Тюльпанова.
Ставрополь, 2014
СОДЕРЖАНИЕ
1. Рабочая программа
2. Лекции
3. Учебно-методическое пособие «Метеорология и климатология»
4 Тесты
5 Контрольные вопросы для проведения промежуточной
аттестации (зачет, экзамен)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультетов агрономического и
защиты растений
профессор ___________А.Н. Есаулко
« »
2014 г.
Метеорология и климатология
наименование дисциплины
250700. 62 - Ландшафтная архитектура
Профиль подготовки – «Ландшафтное проектирование»
Бакалавр
Форма обучения
очная
Ставрополь, 2014
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины (модуля) Метеорология и климатология
являются
- дать глубокие, прочные знания в области климатологии и метеорологии;
- сформировать представление о характере и динамике основных процессов,
происходящих в атмосфере;
- ознакомить студентов с основными методами метеорологических
наблюдений, сформировать соответствующие им познавательные и практические
умения;
- изучение основных физических законов атмосферы;
- изучение закономерности формирования климатов, их распределения
земному шару и изменения в прошлом и будущем;
по
2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Учебная дисциплина Метеорология и климатология относится к циклу
Б3.В.ОД.3 - Профессиональный цикл, вариативная часть, обязательные
дисциплины.
Для изучения данной учебной дисциплины (модуля) необходимы
следующие знания, умения и навыки, формируемые предшествующими
дисциплинами:
- «Физика» (школьный курс):
Знания: знания о природе важнейших физических явлений окружающего мира
и понимание смысла физических законов, раскрывающих связь изученных
явлений (закон всемирного тяготения, (объединяемые формулой Клапейрона),
законы Паскаля и Архимеда, три основных закона механики Ньютона, закон
сохранения энергии, законы Дальтона о смеси газов и об испарении, законы
излучения (Стефана-Больцмана, Кирхгофа).
Умения: применять теоретические знания по физике на практике, решать
физические задачи на применение полученных знаний;
Навыки: применять полученные знания для объяснения принципов
действия важнейших технических устройств, решения практических задач
повседневной жизни, обеспечения безопасности своей жизни, рационального
природопользования и охраны окружающей;
- «Химия» (школьный курс):
Знания: основные понятия и законы химии (законы Бойля-Мариотта и ГейЛюссака (объединяемые формулой Клапейрона), строения молекулы,
классификацию, физические, химических свойства химических веществ.
Умения: наблюдать химические явления, определять цели и задачи
деятельности, выбирать средства реализации цели и применять их на практике.
Навыки: применять полученные знания на практике, самостоятельно
приобретать знания.
- «Математика» (школьный курс):
-Знания: всех разделов математики в объеме курса общеобразовательной
школы, значение математической науки для решения задач, возникающих в
теории и практике, вероятностный характер различных процессов окружающего
мира.
Умения:
выполнять арифметические действия, сочетая устные и
письменные приемы, применение вычислительных устройств; проводить по
известным формулам и правилам преобразования буквенных выражений,
включающих степени, радикалы, логарифмы и тригонометрические функции.
Навыки:
практических расчетов по формулам, включая формулы,
содержащие степени, радикалы, логарифмы и тригонометрические функции,
используя при необходимости справочные материалы и простейшие
вычислительные устройства; решения прикладных задач, в том числе социальноэкономических и физических
Перечень последующих учебных дисциплин, для которых необходимы знания,
умения и навыки, формируемые данной учебной дисциплиной:
-Учение об атмосфере;
-Общая экология;
- Основы природопользования.
3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов
следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО по данному направлению:
3.1. Выпускник должен обладать следующими общекультурными
компетенциями (ОК):
- владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения
(ОК-1);
– принимать меры по сохранению и защите атмосферы в ходе общественной и
профессиональной деятельности (ОК-3);
3.2. Выпускник должен обладать следующими профессиональными
компетенциями (ПК):
- иметь профессионально профилированные знания и практические
навыки в физике, биосфере и обладать способностью их использовать в области
экологии и природопользования (ПК-3);
обще профессиональными компетенциями:
- обладать способностью к использованию теоретических знаний в практической
деятельности (ПК-7);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
- Знать основные базовые понятия изучаемой дисциплины;
- основные законы и закономерности протекающих процессов;
- изложение основных сведений о метеорологических
метеорологических явлениях;
величинах
и
- изучение основ физики и динамики атмосферы;
- изучение закономерностей радиационных процессов;
- получение представления
предсказания;
о закономерностях
изменения погоды
и
её
- получение представления об условиях формирования климата Земли и его
изменения;
- изучение комплекса физических приборов и методов, употребляемых для
познания атмосферных процессов.
Уметь:
- уметь использовать теоретические знания на практике;
- применять имеющиеся знания при изучении других дисциплин.
- уметь проводить наблюдения за процессами и явлениями, происходящими в
атмосфере иметь представление о процессах формирования климата;
-знать классификацию климатов;
-иметь представление о тенденции изменения климата в глобальном и
региональном аспектах;
- иметь представление об атмосферной циркуляции;
-оценить место курса в системе экологических наук, межпредметные и
междисциплинарные связи. Объект и предмет курса;
- установить состав, строение, границы, значение атмосферы в географической
оболочке;
- читать и анализировать картографические изображения атмосферных компонентов;
- устанавливать причинно-следственные связи основных процессов и явления в
атмосфере;
- вести графическое построение (климатограмм, диаграмм, графиков и пр.).
Владеть:
- понятийной и терминологической базой курса;
- навыками
работы
с метеорологическими приборами, проведения
метеорологических наблюдений.
- владеть информацией о влагообороте в атмосфере.
владеть информацией об основных закономерностях радиационного режима
атмосферы;
- работой с картографическими изображениями и их сопоставлением;
- работой со схемами, графиками, таблицами, материалом учебника и
дополнительной литературой;
- методикой составления причинно-следственных связей атмосферных процессов.
- методикой описания климатообразующих процессов общего и местного
значения;
- знаниями об экологической ситуации, связанной с проявлением антропогенного
воздействия на атмосферу.
4. Структура и содержание дисциплины (модуля)
Данные по рабочему учебному плану: 108 час., 4 зачет. ед.
Данные по рабочему учебному плану:
Семестры
Трудоемкость по
1
2
3
108
4
5
6
7
8
Госстандарту
из них:
самостоятельная работа
аудиторные занятия
в том числе:
лекции
лабораторные
практические
семинарские
КСР
1
Семестры
54
54
22
30
2
2
3
4
5
6
7
8
9
19
Недель в семестре
4
Часов в неделю
Форма контроля:
Экзамен
+
Зачет
Курсовой проект
Курсовая работа
УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№
пп
Разделы дисциплины и темы
занятий
Количество часов
(очная форма
обучения)
Формы
текущего
контроля
Практические
(Семинарские,
лабораторные)
Сам. работы
3
Радиационный баланс (остаточная
радиация) и его составляющие.
Распределение радиационного баланса. Тепловой баланс и его
составляющие.
Тепловой режим подстилающей
поверхности и атмосферы.
Изменение температуры воздуха с
высотой. Зонально-региональные
особенности суточного и годового
хода температуры воздуха
Лекции
2.
Всего
1
Введение в Метеорология и
климатология: структура,
межпредметные и
междисциплинарные связи курса.
Метеорология и климатология –
место в системе географических
наук. Атмосфера – газовая оболочка
Земли. Ее границы, состав и
строение, происхождение,
взаимодействие с другими земными
оболочками.
Солнечная радиация – основной
источник энергии в географической
оболочке. Солнечная постоянная.
Изменение солнечной радиации в
атмосфере. Основные
закономерности Распределение
солнечной радиации по широтам.
успеваемост
и (по
неделям
семестра)
10
2
2
6
опрос
12
2
4
6
Опрос,
решение
задач
12
2
4
6
Решение
задач
Сам. работы
4
Вода в атмосфере. Общее количество
и формы присутствия воды в
атмосфере. Характеристики
влажности воздуха. Испарение и
испаряемость. Зональнорегиональное распределение.
Конденсация и сублимация влаги на
поверхности и в воздухе.
Практические
(Семинарские,
лабораторные)
Разделы дисциплины и темы
занятий
Лекции
№
пп
Всего
Количество часов
(очная форма
обучения)
12
2
4
6
Формы
текущего
контроля
успеваемост
и (по
неделям
семестра)
Опрос,
решение
задач
Атмосферные осадки.
Закономерности распределения на
Земле.
Снежный покров.
5
6
Облака. Классификация облаков
Атмосферное давление. Барическое
поле, изобарические поверхности,
карты изобар. Горизонтальный
барический градиент. Барические
системы. Изменения давления во
времени.
Ветер. Силы, действующие в
атмосфере: сила тяжести, градиент
давления, отклоняющая сила
вращения Земли. Влияние трения на
ветер. Изменение ветра с высотой.
Суточный ход ветра.
Атмосферная циркуляция.
12
2
4
6
10
2
2
6
Опрос,
решение
задач
Опрос,
построение
графиков
9
10 Воздействие человека на климат.
КРС
Итого:
Сам. работы
8
Погода. Классификации погод.
Местные признаки погоды. Служба
погоды. Краткосрочный и
долгосрочный прогноз погоды.
Методы предсказания. Карта
погоды (синоптическая) и ее анализ.
Особые явления погоды. Грозы,
молнии, гром.
Климат. Факторы
климатообразования. Основные
классификации климатов.
Характеристика климатических
поясов и областей по Б. П. Алисову.
Изменения и колебания климата.
Практические
(Семинарские,
лабораторные)
7
Разделы дисциплины и темы
занятий
Лекции
№
пп
Всего
Количество часов
(очная форма
обучения)
10
2
4
4
6
2
10
2
4
4
12
4
2
6
22
30
54
4
2
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Формы
текущего
контроля
успеваемост
и (по
неделям
семестра)
Опрос,
реферат
реферат
Устный
доклад
доклад
1. Лекционный курс
Наименование раздела
Содержание раздела
учебной дисциплины (модуля)
1. Введение в Метеорологии и Введение в Метеорологии и
климатологии. Атмосфера.
климатологии: структура,
межпредметные и
междисциплинарные связи
курса. Метеорология и
климатология – место в системе
географических наук.
Атмосфера – газовая оболочка
Земли. Ее границы, состав и
строение, происхождение,
взаимодействие с другими
земными оболочками.
2. Радиация в атмосфере.
Солнечная радиация – основной
источник энергии в географической оболочке. Солнечная постоянная. Изменение солнечной
радиации в атмосфере.
Основные закономерности
Распределение солнечной
радиации по широтам.
3 Тепловой режим атмосферы
4. Вода в атмосфере
Радиационный баланс
(остаточная радиация) и его
составляющие. Распределение
радиационного баланса. Тепловой баланс и его
составляющие.
Тепловой режим подстилающей
поверхности и атмосферы.
Изменение температуры
воздуха с высотой. Зональнорегиональные особенности
суточного и годового хода
температуры воздуха
Вода в атмосфере. Общее
количество и формы
присутствия воды в атмосфере.
Характеристики влажности
воздуха. Испарение и
испаряемость. Зональнорегиональное распределение.
Конденсация и сублимация
Всего
часов
2
2
2
2
Наименование раздела
учебной дисциплины (модуля)
Содержание раздела
Всего
часов
влаги на поверхности и в
воздухе.
Атмосферные осадки.
Закономерности распределения
на Земле.
Снежный покров.
5.
Атмосферное
Барическое поле.
6.Ветер. Атмосферная
циркуляция
Облака. Классификация
облаков
давление. Атмосферное давление.
2
Барическое поле, изобарические
поверхности, карты изобар.
Горизонтальный барический
градиент. Барические системы.
Изменения давления во времени.
Ветер. Силы, действующие в
атмосфере: сила тяжести,
градиент давления,
отклоняющая сила вращения
Земли. Влияние трения на ветер.
Изменение ветра с высотой.
Суточный ход ветра.
2
Атмосферная циркуляция.
7. Погода. Синоптические карты. Погода. Классификации погод.
Местные признаки погоды.
Служба погоды.
Краткосрочный и
долгосрочный прогноз погоды.
Методы предсказания. Карта
погоды (синоптическая) и ее
анализ.
8. Особые явления погоды
Особые явления погоды. Грозы,
молнии, гром.
9 Климатообразование.
Климат. Факторы
Классификация климатов.
климатообразования. Основные
классификации климатов.
Характеристика климатических
поясов и областей по Б. П.
Алисову. Изменения и
колебания климата.
2
2
2
Наименование раздела
Содержание раздела
учебной дисциплины (модуля)
10. Антропогенное воздействие Воздействие человека на
на климат.
климат.
Климатическая характеристика
территории
Итого
Всего
часов
4
22
2. Перечень практических (лабораторных, семинарских) работ
Наименование практических
Всего
(лабораторных,
часов
семинарских) работ
1. Введение в Метеорологии и Общее
знакомство
с
климатологии. Атмосфера.
правилами
работы
и
оборудованием лаборатории
метеорологии и гидрологии.
Инструктаж
по
технике
2
безопасности.
Атмосфера:
границы, состав, строение,
значение в географической
оболочке.
Наименование раздела учебной
дисциплины (модуля)
2. Радиация в атмосфере.
3 Тепловой режим атмосферы
4. Вода в атмосфере
5. Коллоквиум
6. Атмосферное давление.
Барическое поле.
7.Ветер. Атмосферная
циркуляция
8. Погода. Синоптические карты.
Солнечная радиация. Методы
и
средства
измерения
солнечной радиации. Расчет
эффективного излучения и
радиационного баланса земной
поверхности
«Измерение
температуры
воздуха, поверхности почвы,
на глубинах», приборы.
Приборы для измерения
осадков и важности воздуха.
Расчет основных
характеристик влажности
воздуха.
Измерение атмосферного
давления, приборы. Расчет
барической ступени
Приборы для измерения
скорости и направления ветра.
Роза ветров и её построение.
Чтение синоптических карт
4
4
4
2
2
2
4
Наименование раздела учебной
дисциплины (модуля)
9. Особые явления погоды
10 Климатообразование.
Классификация климатов.
11. Антропогенное воздействие
на климат
12. Коллоквиум
Итого:
Наименование практических
(лабораторных,
семинарских) работ
Не запланирован.
Определение степени
континентальности климата. К
Климатическая характеристика
территории
Всего
часов
4
2
2
30
3.Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Курсовой проект (работа), учебным планом не предусмотрены.
4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
№
Наименование раздела
Виды СРС
семестра учебной дисциплины (модуля)
1
1. Введение в Метеорологии и Подготовка к
климатологии. Атмосфера.
контрольной работе
2. Радиация в атмосфере.
Подготовка доклада.
Выполнение
расчетных задач
3 Тепловой режим атмосферы
Выполнение
расчетных задач
4. Вода в атмосфере
Подготовка к
коллоквиуму
5.
Атмосферное
давление. Решение задач
Барическое поле.
6.Ветер.
Атмосферная Решение задач
циркуляция
7.
Погода.
Синоптические Подготовка реферата,
карты.
решение задач
8. Особые явления погоды
Подготовка реферата
9 Климатообразование.
Подготовка доклада,
Классификация климатов.
и к коллоквиуму
10.Антропогенное воздействие Подготовка доклада.
на климат.
Всего
часов
6
6
6
6
6
6
4
4
4
6
№
№
Наименование раздела
п/п семестра учебной дисциплины (модуля)
ИТОГО часов в семестре:
Всего
часов
54
Виды СРС
5. Образовательные технологии
Вид занятия
(лекционное,
практическое,
лабораторное)
Лекция
Практическое
Лекция
Тема занятия
1. Введение в
Метеорологии и
климатологии.
Атмосфера.
2. Радиация в атмосфере.
Практическое
Лекция
Практическое
Лекция
3
Тепловой
атмосферы
режим
4. Вода в атмосфере
Практическое
Лекция
Практическое
Лекция
Практическое
Лекция
Практическое
Лекция
Лекция
Практическое
Лекция
Интерактивная
форма
Информационная
лекция
Информационная
лекция
Обзорная лекция
Проблемная
лекция
Объем, ауд.
часов/в том
числе в
интеракти
вной
форме
2/2
4/2
4/2
4/2
5.Атмосферное
Лекция давление.
Барическое
визуализация
поле.
6.Ветер.
Атмосферная Информационная
циркуляция
лекция
4/2
7.Погода.
Синоптические карты.
Информационная
лекция
4/2
8.
Особые
явления
погоды
9 Климатообразование.
Классификация
климатов.
Обзорная лекция
2
Проблемная
лекция
4/2
Лекция- беседа
2
10.Антропогенное
воздействие на климат.
2/2
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебнометодическое обеспечение самостоятельной работы студентов:
6.1.Рекомендуемый перечень тестовых заданий по метеорологии и
климатологии:
Раздел (Модуль1) Введение. Атмосфера. Атмосферное давление
А) Вопросы для устной беседы
1. Что такое метеорология?
2. Что такое Всемирная служба погоды?
3. Что такое метеорологическая информация?
4.
Метеорологические
величины
и
метеорологические
(определение).
5. Что такое градиент метеорологической величины?
6. Что такое атмосферные аэрозоли, какова их роль в атмосфере?
7. Вертикальное деление по составу атмосферного воздуха.
8. Основное уравнение статики атмосферы.
Б) Темы для реферата
Атмосфера - как среда обитания. Химический состав атмосферы на
различных высотах.
2. Атмосфера и защита человека от атмосферных загрязнений
3. Атмосферное давление и ветры
4. Надмолекулярная структура газов тропосферы
1.
Б) Тесты
1. Сколько основных слоев в атмосфере
пять
семь
четыре
2. Как изменяется температура в тропосфере с высотой
снижается
повышается
не изменяется
3. Соотнести высоту нижнего слоя тропосферы
явления
Полярные области
8-10 км
Тропики
15-18 км
9-13 км
4. Укажите процессы происходящие в тропосфере
образование облаков
гроза
пыльные бури
выпадение осадков
суховеи
5. Укажите высоту образования серебристых облаков
60 км
80 км
80-85 км
более 85 км
6. Расставьте по порядку слои атмосферы
стратосфера
мезосфера
ионосфера
экзосфера
Приземный слой
открытый космос
тропосфера
7. Почему озон называют защитным слоем земли
поглощает ультрафиолетовую радиацию
поглощает инфракрасные лучи
поглощает азот
Раздел (Модуль 2) Солнечная радиация
А) Темы для подготовки рефератов
1.Солнце и биосфера земли
2.Ультрафиолетовые лучи в атмосфере
Б) Тестовые задания
1. Отметьте виды солнечной радиации
суммарная
отраженная
прямая
излучение земли
видимая
инфракрасная
2.
Соотнесите длину волны и вид радиации
видимая
0,4-0,76 мк
ультрафиолетовая
0,20-0,40 мк
инфракрасная
0,76-3 мк
3. Назовите прибор для измерения продолжительности солнечного сияния - ...
4. Укажите виды солнечной радиации измеряемые пиранометром
Суммарная
Эффективное излучение земли
Рассеянная
Отраженная
Прямая
5. Балансомером измеряется суммарная радиация
эффективное излучение Земли
прямая солнечная радиация
6. ФАР это солнечное излучение
фотосинтетически активная радиация
сумма солнечной радиации
7. Укажите длину волны солнечного спектра, называемая ФАР
0,20-0,40 мкм
0,38-0,72 мкм
0,76-3 мкм
8. Как определить начало и конец ночи
от времени восхода солнца вычесть время сумерек
к времени захода солнца прибавить время сумерек
по часам
9. От каких факторов зависит продолжительность сумерек
от географической широты
от времени года
от зрения человека
10. Почему солнце у горизонта кажется красноватым
при меньшей высоте Солнца преобладают длинные волны (красные,
оранжевые)
особенности восприятия человеческого глаза
загрязнения атмосферы
11. Где продолжительность дня в течение года постоянна
полюс
экватор
широта 45
12. Общий приход прямой солнечной и рассеянной радиации называется
радиационным балансом
суммарной радиацией
эффективным излучением
13. От чего зависит величина альбедо
от географической широты
от цвета поверхности
от состояния атмосферы
от величины поверхности
14. Укажите принцип работы актинометрических приборов
измерение электрического тока
измерение термического тока
15. Пиргеометр и балансомер один и тот же прибор
да
нет
16. Расположите в порядке убывания альбедо
озимая пшеница в фазе кущения
созревшая озимая пшеница
озимая пшеница в полной спелости зерна
17. Ультрафиолетовая радиация способствует
замедлению роста клеток и тканей
дифференциации клеток и тканей
ускоряет рост клеток и тканей
18. В южных районах растения большую часть светового дня находятся под
действием
прямых солнечных лучей
рассеянной радиации
суммарной радиации
Раздел (Модуль 3) Температура воздуха и почвы
А) Вопросы для устного опроса
1. Перечислить потоки тепла в атмосфере.
2. Назовите основной механизм передачи тепла в атмосфере, в почве, в воде.
3. Деление атмосферы на слои по распределению температуры с высотой
(название слоев, высота, как изменяется температура с высотой).
4. Что такое виртуальная температура?
Б) Тестовые задания
1. Над какой поверхностью суши, прилегающий воздух нагревается больше
лес
водоем
песок
вспаханное поле
2. Вертикальный градиент температуры положительный, если
температура с высотой убывает
температура с высотой возрастает
температура с высотой не изменяется
3. Вертикальный градиент температуры отрицательный, если
температура с высотой не изменяется
температура с высотой убывает
температура с высотой возрастает
4. Что такое критическая температура для растений
температура, при которой растения повреждаются
температура, при которой растения гибнут
температура, при которой растения не могут развиваться
5. От чего не зависит амплитуда колебания температуры воздуха
географической широты
погоды
облачности
рельефа
характера подстилающей поверхности
6. При какой облачности амплитуда колебаний температуры больше
ясная погода
малооблачная
пасмурная
7. Где отмечалась самая высокая температура воздуха
Сахара
Калифорния
Кара-Кумы
берег Красного моря
8. Основной психрометрический термометр
ртутный
спиртовой
толуоловый
9. Процесс повышения температуры воздуха с высотой называется -...
10. Сведения о состоянии погоды по высотам дают
актинометрические наблюдения
аэрологические наблюдения
гидрологические наблюдения
11. Самое холодное место в северном полушарии
Северный полюс
Гренландия
Аляска
12. Эффективная температура это
среднесуточная температура уменьшенная на величину биологического
минимума
высокие температуры
которая дает эффект созревания
13. Активная температура это
температура выше биологического минимума
среднесуточная температура после ее перехода через биологический
минимум
температура в период вегетации растений
14. От каких факторов зависит глубина промерзания почвы
от температур воздуха
от влажности воздуха
от тепловых свойств почвы
от высоты снега
от температуры воздуха
от растительного покрова
15. Весной промерзший слой почвы оттаивает
сверху
снизу
и сверху и снизу
16. Вечная мерзлота этозамерзшая почва
почва даже летом не оттаивает полностью
всегда мерзлая почва и летом и зимой
17. Глубина промерзания почвы определяется путем
бурения почвы
термометром
путем наблюдений за нулевой температурой в почве
18. Коленчатые термометры Савинова измеряют температуру почвы на глубине
5-10 см
20-30 см
10-15-20 см
5-10-15-20 см
19. От чего зависит теплопроводность почвы
от влажности
от цвета почвы
от содержания воздуха в порах почвы
от минерального состава
от растительного покрова
Раздел (Модуль 4) Влажность. Осадки. Облака
А) Вопросы для устного опроса
1. Каков механизм образования туманов испарения, туманов смешения,
туманов охлаждения, радиационных и адвективных туманов?
2. Каков механизм образования облаков восходящего скольжения,
волнистообразных и кучевообразных облаков?
3. Как оценивается количество облаков?
4. Международная классификация облаков.
5. Уравнение состояния сухого и влажного воздуха.
6. Плотность сухого и плотность влажного воздуха – что больше и почему?
7. Что такое парциальное давление водяного пара, парциальное давление
насыщения, абсолютная влажность, удельная влажность, относительная
влажность, точка росы?
Б) Темы для реферата
1.
2.
3.
4.
Смог и кислотные дожди
Облака и осадки
Вода в атмосфере
Надмолекулярная структура воды
В) Тестовые задания
1. Выберите единицы измерения упругости водяного пара
мм.рт.ст.
мбар
в%
Па
2. Упругость водяного пара имеет максимальные значения
летом
зимой
весной
осенью
3. Как изменяется относительная влажность воздуха с повышением температуры
повышается
понижается
не изменяется
4. Как изменяется суточный ход относительной влажности воздуха
к полудню она уменьшается
к ночи увеличивается
к полудню увеличивается, к ночи уменьшается
5. Температура воздуха, при которой водяной пар достигает насыщения
называется - ...
6. Выберите методы измерения влажности воздуха
гигрометрический
психрометрический
расчетный
7. Что измеряет аспирационный психрометр
температуру воздуха
влажность воздуха
скорость движения воздушных масс
8. Какие гигроскопические тела применяются в гигрометрах
волос
кожа животных
ткань
металлическая пластина
9. Гигрометр служит для определения
упругость водяного пара
относительной влажности воздуха
недостатка насыщения
10. Укажите особенность конструкции аспирационного психрометра
два термометра (сухой и смоченный)
аспиратор
металлический корпус
11. Для конденсации водяного пара в атмосфере и образования облачных систем
необходимо
охлаждение воздуха
нагрев воздуха
наличие ядер конденсации
12. Облака состоят из
кристаллов льда
воды и льда
воды, льда и аэрозоля
капелек воды
13. Классификация облаков включает в себя
4 яруса
10 родов
5 видов
10 форм
4 семейства
14. К какому ярусу относятся восоко-кучевые и высоко-слоистые облака
облака верхнего яруса
облака среднего яруса
облака вертикального развития
15. К какому ярусу относятся кучевые и кучево-дождевые облака
вертикального яруса
нижнего яруса
вертикального развития
16. Какие осадки выпадают из перистых облаков
обложные
ливневые
осадки из них не выпадают
17. Укажите продукты конденсации водяного пара в атмосфере
осадки
роса
иней
радуга
изморозь
гало
венцы
18. Какими приборами измеряются жидкие осадки
осадкомером Третьякова
плювиографом
дождемером Давитая
линейкой
снегомером
барографом
19. Теплота испарения - это количество тепла, необходимое для испарения
1 грамма жидкости
100 граммов жидкости
1 кг жидкости
Раздел (Модуль) 1,2,3,4
А) Вопросы для коллоквиума:
1. Роль углекислого газа в атмосфере.
2. Роль озона в атмосфере.
3. Перечислить потоки лучистой энергии в атмосфере.
4. Что такое прямая радиация?
5. Что такое рассеянная радиация?
6. Явления, связанные с рассеянием.
7. Что такое альбедо?
8. Что такое противоизлучение атмосферы?
9. Что такое эффективное излучение?
10. Радиационный баланс подстилающей поверхности.
11. Радиационный баланс системы Земля – атмосфера.
12. Что такое суточный ход температуры воздуха как он изменяется с
высотой?
13. Что такое суточный ход температуры почвы как он изменяется с
глубиной?
14. Чем отличается суточный ход температуры воздуха от суточного хода
температуры почвы?
15. Чем отличается суточный ход температуры почвы от суточного хода
температуры океана?
16. Тепловой баланс суши, океана, системы Земля – атмосфера.
17. Что такое испарение (определение, единицы измерения, от чего зависит
скорость испарения, суточный ход испарения)?
18. Что такое испаряемость, в каких районах земного шара она наибольшая?
19. Что такое конденсация и сублимация?
20. Что такое ядра конденсации?
21. Что такое туман?
22. Что такое облака?
23. Что такое роса, иней, гололед, гололедица. При каких условиях
образуются?
24. Классификация осадков.
25. Основные составляющие атмосферного воздуха.
26. Роль водяного пара в атмосфере.
27. Приборы для определения температуры воздуха и их строение?
28. Приборы для определения температуры почвы и их строение?
29. Приборы для определения прямой, рассеянной и отраженной радиации и
их строение?
30. Приборы для определения радиационного баланса и интенсивности
солнечного излучения и их строение?
31. Что такое атмосферные и наземные осадки?
Раздел (Модуль 5) Атмосферное давление. Барическое поле.
А) Тестовые задания
1. Укажите приборы измерения атмосферного давления
барограф
барометр
анероид
барокоробки
балансомер
гигрограф
2. Как называются линии, соединяющие точки с одинаковым давлением - ...
3. Что такое барическая ступень падение атмосферного давления
увеличение атмосферного давления
расстояние по вертикале, на котором давление меняется на еденицу (1мб)
4. Укажите величину барической ступени
0м
8м
1 км
10 км
5. Нормальное атмосферное давление это многолетнее значение давления в данной точке
давление на уровне моря на широте сорок пять градусов и при нулевой
температуре воздуха
давление на верхней границе атмосферы
6. Укажите поправки к показаниям барометра
на температуру
на ветер
инструментальная
на распределение силы тяжести
7. Переведите атмосферное давление из мм. рт. ст. в мб
1 мм.рт. ст. =133,32 мб
1 мм. рт. ст.= 1,3332 мб
1 мм. рт. ст.=0,75
8. Переведите атмосферное давление, выраженное в мб в мм. рт. ст.
1 мб = 0,75 мм.рт.ст.
1 мб = 1,3332 мм.рт. ст.
1 мб = 133,32 мм.рт.ст.
9 Атмосферное давление это гидростатическое давление атмосферного воздуха на все находящиеся в
нем предметы
сила, с которой давит на единицу земной поверхности столб воздуха,
простирающийся от поверхности земли до верхней границы атмосферы
давление водяного пара, находящегося в составе атмосферы
10. Барическая тенденция это изменение атмосферного давления за 3 часа
уменьшение давления
увеличение давления
11. Внутри барокоробки находится
воздух
вода
вакуум
12. Температура кипения воды с высотой
увеличивается
уменьшается
не изменяется
Раздел (Модуль 6) Ветер. Общая циркуляция атмосферы.
А) Вопросы для устного опроса
1. Что такое градиентный и геострофический ветер?
2. Как изменяется скорость и направление ветра с высотой в пограничном
слое атмосферы?
3. Глобальное распределение давления на Земле.
4. Атмосферные движения каких направлений преобладают в полярных,
тропических, умеренных широтах и почему?
5. Что такое центры действия атмосферы?
6. Какие сезонные центры действия атмосферы определяют погоду на
Дальнем Востоке?
7. Что такое тропические циклоны, чем они отличаются от внетропических?
8. Что такое внетропические циклоны (определение, погода в циклоне,
направление перемещения)?
9. Что такое ячейковая циркуляция?
Б) Тестовые задания
1. Укажите циркуляционные факторы горизонтальный перенос воздушных масс
фазы луны
образование фронтов
2. Северо-восточные ветры в тропических широтах называются - ...
3. На каких широтах образуются тропические циклоны
45 градусов
10 градусов
6-20 градусов по обе стороны экватора
4. Муссонные ветры изменяют направление
3 раза в год
2 раза в год
4 раза в год
5. Куда дует бриз днем в сторону моря
на сушу с моря
на суше
6. Теплый сухой ветер с гор называется - ...
7. Холодный ветер дующий с гор - ...
8. Струйные течения это движения воздушных масс
перерождения воздушных масс
западный перенос воздушных масс в верхней части тропосферы с
большими скоростями
9. Сведения об общей циркуляции атмосферы, ее состоянии помещены на
синоптической карте
географической карте
погодной карте
10. В каких единицах не измеряется направление ветра
угловые градусы
м/сек
румбы горизонта
11. Высота от земли на которой устанавливаются датчики приборов для
измерения скорости и направления ветра
выше домов
5м
10-12 м
3м
12. С помощью флюгера Вильда измеряют
скорость и направление ветра
влажность воздуха
движение воздуха
13. График повторяемости направлений ветра называется - ...
14. В Ставрополе преобладают ветры
западного направления
восточного направления
южные
северные
15. Местные ветры Ставрополья
Бора
Астраханец
Бриз
Степняк
16. В чем состоит отрицательное воздействие ветра
усиление непродуктивного испарения
ветровая эрозия
вызывает полегание посевов
механические разрушительные воздействия
перенос пыльцы растений
выпадение осадков
17. Что такое "стоковые ветры"
ветры с гор
стекающие с овальных возвышенностей
местные ветры в Антарктиде
18. Где зарождаются смерчи
над сушей
над морем
в атмосфере
19. Где находится полюс ветров
вершина Джамолунгмы
прибрежные склоны Антарктического континента
пустыня Сахара
Раздел (Модуль 7) Погода. Синоптические карты.
А) Темы для рефератов
1. Циклоны и антициклоны
2. Живые синоптики в природе
3. Народные приметы о погоде
Б) Тестовые задания
1. Атмосферный фронт это линии пересечения воздушной массы и земной поверхности
переходная зона между двумя воздушными массами
линия соприкосновения холодной и теплой воздушной массы
2 Арктический фронт это воздушная масса а Арктике
поверхность раздела воздуха умеренных широт и арктическими массами
3. Метеоролог, автор классификации климатологических фронтов Ломоносов
Хромов
Будыко
4. Укажите основные характеристики арктического воздуха
очень холодный
очень теплый
содержит много водяного пара
содержит мало влаги
5. Если атмосферный фронт перемещается в сторону холодного воздуха это холодный фронт
теплый фронт
нейтральный фронт
6. Фронт окклюзии сочетает облака и осадки теплого и холодного фронтов
да
нет
не всегда
7. Барическая система воздушных масс с низким давлением в центре это- ...
8. Барическая система с высоким давлением в центре это - ...
9. Ветер в циклоне дует
по часовой стрелке
против часовой стрелке
в переменных направлениях
10. Погода в циклоне
ясная, малооблачная,
слабые осадки
обложные осадки
пасмурная
11. Какая погода в антициклоне
ясная, малооблачно
слабые осадки
обложные осадки
12. Наука о воздушной оболочке Земли, ее атмосфере и происходящих в ней
физических процессах называется -..
13. Совокупность всех состояний атмосферы на протяжении нескольких
десятилетий, столетий это - ...
14. Непрерывно изменяющиеся кратковременное состояние атмосферы это - ...
15. Укажите основоположников агрометеорологии
Ломоносов
Броунов
Докучаев
16. Метод сопряженных или параллельных наблюдений состоит в
наблюдениях за растениями
в наблюдениях за погодой
одновременно за состоянием метеорологических элементов и развитием и
состоянием растений
17. Что не относится к метеорологическим элементам
солнечная радиация
ветер
почвенные воды
облачность
18. Дайте определение холодной воздушной массе -….
19. Дайте определение теплой воздушной массе -…
Раздел (Модуль) 8. Особые явления погоды
А) Темы для рефератов
1. Оптические явления в атмосфере
4. Атмосферное электричество, молнии
3. Акустика атмосферы
4. Опасные природные явления
Раздел (Модуль 9) Климат. Климатические факторы.
А) Темы для рефератов
1. Климат и погода
2. Климат умеренных широт
3. Климат Арктики
4. Климат субтропиков
5. Влияние Луны на погоду
6. Климат большого города
Б) Тестовые задания
1. Укажите основоположников агрометеорологии
Ломоносов
Броунов
Докучаев
2. Классификация климатов Л.С. Берга построена на
на количестве солнечной радиации
географическом факторе
рассовом принципе
3. По классификации Л.С. Берга различают
10 климатических зон
12 климатических зон
20 климатических зон
4. Классификация климатических зон по Б.П. Алисову основывается на
изучении общей циркуляции
изучении гидрологических особенностей
на изучении количества солнечной радиации
5. Основа классификации климатов В. Кеппена
средние температуры
среднегодовые температуры
влажность почвы
осадки
ветер
6. Основной фактор климата
ветер
солнечная радиация
количество влаги
7. Фитоклимат регулируется
агротехническими мероприятиями
фазами развития растений
орографическими особенностями
высотой растений
8. Самый распространенный индекс увлажнения
ГТК Селяникова
показатель засушливости Бова
индекс влажности Тортвейта
9. Термический фактор находится на
экваторе
в южном полушарии
10 градусов северной широты
10. изотермы Гольфстрима уходят
к востоку
в Карибское море
к северу
к Скандинавскому полуострову
Раздел (Модуль 10) Антропогенное воздействие на климат.
А) Темы для рефератов
1. Антропогенное загрязнение атмосферы
2. Углекислый газ в атмосфере
3. Автотранспорт и атмосфера
4. Промышленные предприятия и атмосфера
5. Парниковый эффект
6. Источники загрязнения атмосферы
7. Озон и его роль в атмосфере
Б) Тестовые задания
1. Укажите антропогенные изменения климата
вырубка и насаждение лесов
распашка степей
осушение болот
изменение количества солнечной радиации
2. Укажите гипотезы изменения климата
астрологическая
морально-этическая
физическая
геолого-географическая
3. Перечислите климатообразующие факторы ……
4. Перечислите географические факторы климата…..
5. Перечислите типы климатов России…..
6. Перечислите естественные источники загрязнения атмосферы…..
7. Назовите искусственные источники загрязнения атмосферы…..
8. Назовите глобальные последствия загрязнения атмосферы
9. Перечислите основные загрязнители атмосферы антропогенного
происхождения……
Раздел (Модуль 5,6,7,8,9 и10)
А) Вопросы для коллоквиума
1. Что такое атмосферное давление
2. Что такое скорость и направление ветра, в каких единицах измеряются?
3. Что такое изобара, изогипса, гребень, ложбина, циклон, антициклон?
4. Что такое горизонтальный и вертикальный барический градиент (определение,
единицы измерения)?
5. Что такое сила барического градиента (определение, направление)?
6. Суточный ход скорости и направления ветра.
7. Что такое роза ветров?
8. Что такое бриз, горно-долинный ветер, фен, бора (определение, механизм
образования)?
9. Что такое пассаты?
10. Что такое муссоны?
11. Что такое внутритропическая зона конвергенции?
12. Что такое антициклоны (определение, погода в антициклоне)?
13. Что такое климат? Основные климатообразующие процессы.
14. Географические факторы климата.
15. Как влияет на формирование климата географическая широта; высота над
уровнем моря; распределение суши и моря; орография; океанические течения;
растительный и снежный покров?
16. Микроклимат пересеченной местности; леса; города.
17. Классификация климатов Кеппена.
18. Классификация климатов Алисова.
19. Дать краткую характеристику экваториального, субэкваториального,
тропического, субтропического климатов; климата умеренных широт;
субполярного климата; климата Арктики и климата Антарктиды.
20. Каковы перспективы изменения климата в результате антропогенных
воздействий?
21. Приборы для определения атмосферного давления и их строение?
22. Приборы для определения скорости и направления ветра и их строение?
Начисление баллов по результатам посещения лекций
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Процент посещения лекций
95-100 %
90-94 %
85-89 %
80-84 %
75-79 %
70-74 %
65-69 %
60-64 %
55-59 %
50-54 %
0-49 %
Баллы
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Начисление баллов по рейтингу текущей успеваемости на практических занятиях
Средняя оценка полученных оценок
№
Начисляемые баллы
на занятиях
1
Ср. оценка 3
6 баллов
2
Ср. оценка 3.5
7 баллов
3
Ср. оценка 4
8 баллов
4
Ср. оценка 4.5
9 баллов
5
Ср. оценка 5
10 баллов
№
Виды контроля
1.
Опрос «Введение в Метеорологии
климатологии. Атмосфера»
Тестирование «Введение в Метеорологии и
климатологии. Атмосфера»
Тестирование «Радиация в атмосфере»
1
2.
Срок
Число
сдачи,
баллов
№
min max
недели
и
2
0
2
3
0
5
4
0
5
3.
3
4.
4
5
6
6
7
9
10
Опрос «Тепловой режим атмосферы»
Тестирование «Тепловой режим атмосферы»
Опрос «Вода в атмосфере»
Тестирование «Вода в атмосфере»
Коллоквиум по Разделам (Модулям) 1,2,3,4
Тестирование
«Атмосферное
давление.
Барическое поле»
Опрос «Ветер. Атмосферная циркуляция»
Тестирование
«Ветер.
Атмосферная
циркуляция»
Тестирование «Погода. Синоптические карты»
Тестирование
«Климатообразование.
Классификация климатов».
Тестирование «Антропогенное воздействие на
климат»
Коллоквиум по Разделам (Модулям) 5,6,7,9,10
5
6
7
8
9
10
0
0
0
0
0
0
2
5
2
5
8
5
11
12
0
0
2
5
13
14
0
0
5
5
15
0
5
16
0
8
0
0
69
До 31
балла
До 2
баллов
До 3
баллов
0
100
Сумма баллов за семестр
Поощрительные баллы
1.
Доклад по дисциплине
2.
Реферат
Рейтинг
№
1
2
3
4
Начисление баллов по рейтингу тестирования
Средняя оценка полученных
Начисляемые баллы
оценок на занятиях
Оценка 2
0
Оценка 3
2
Оценка 4
3
Оценка 5
5
Начисление баллов по рейтингу коллоквиума:
8 баллов- «5»
6 баллов- «4»
5 баллов-«3»
3 балла- «2»
«Премиальные» баллы:
Доклад по дисциплине- 2 балла
Реферат- 3 балла
Рейтинг опроса – 2 балла
Коэффициенты, изменяющие рейтинг студента
Невыполнение форм контроля в срок
2-е и более невыполнение форм контроля в срок
0.98
0.75
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(модуля)
а) основная литература:
1. Методы оценки и прогноза агроклиматических и почвенных
показателей в агроландшафтах : учеб. пособие для студентов вузов по
направлению 020700 "Почвоведение" / сост.: В. М. Гончаров [и др.] ;
Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии. - Владимир : Рост, 2010. 176 с.
б) дополнительная:
1. Лосев А. П. Агрометеорология: учебник для вузов по агрон.
специальностям-М.:КолосС,2004.-301с.(Гр МСХРФ)
2. Вьюгин, С. М. Агрометеорология : (рабочая тетр. и метод. указания к
лаб.-практ. занятиям) / С. М. Вьюгин, А. А. Гомонов, В. А. Шаманаев ;
Смоленский СХИ. - Смоленск, 2002. - 88 с.
3. Практикум по агрометеорологии : учеб. пособие для студентов вузов
по агр. специальностям / В. А. Сенников [и др.] ; Междунар. ассоц.
"Агрообразование". -М.:КолосС, 2006. - 215 с.
4.Чирков, Ю. И. Агрометеорология : Учебник для вузов по агр. спец. /
Ю. И. Чирков. - Л. : Гидрометеоиздат, 1986. - 293с.
Список литературы согласован:
Директор НБ
М.В. Обновленская
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1. http://www.dvgu/ru/meteo/book/meteobook.htm
2. http://meteoweb.narod.ru/clouds/cs.html.
3.
http://vadim-soft.narod.ru/conspects/phis/tables/psihrometr.htm
4.
http://www.zodchiy.ru/s-info/archive/21.00/page4.html
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
1. Требования к аудиториям (помещениям, местам) для проведения занятий:
Стандартно оборудованные лекционные аудитории для проведения
интерактивных лекций.
2. Требования к оборудованию рабочих мест преподавателя и обучающихся:
Видеопроектор, ноутбук, переносной экран
3. Требования к специализированному оборудованию:
Лабораторные
установки
метеорологические приборы.
(стенды),
мультимедийные
средства.,
Программа составлена в соответствии с требованиями
Федерального
государственного образовательного стандарта ВПО по направлению 250700.62 –
«Ландшафтная архитектура» и учебного плана по профилю подготовки
«Садово-парковое и ландшафтное строительство».
Автор: к.с.-х.н., доцент Лысенко В.Я.
Рецензенты: к.с-х. н.. доцент Трубачева Л.В.
к. с-х .н.. доцент Дрепа Е.Б.
Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры протокол
№1 от
“26 “ августа 2014 г. и признана соответствующей требованиям ФГОС и
учебного плана по направлению 250700.62 – «Ландшафтная архитектура» и
учебного плана по профилю подготовки «Садово-парковое и ландшафтное
строительство».
Зав. кафедрой, почвоведения,
профессор
(В.С. Цховребов)
Рабочая программа рассмотрена на заседании учебно-методической комиссии по
направлению 250700.62 – «Ландшафтная архитектура» протокол № 1 от “2“
сентября 2014 г. и признана соответствующей требованиям ФГОС и учебного
плана по направлению 250700.62 – «Ландшафтная архитектура» и учебного
плана по профилю подготовки «Садово-парковое и ландшафтное
строительство».
МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ
(учебно-методическое пособие)
Ставрополь, 2011
ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет
Климатология и метеорология
Допущено Учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по агрономическому образованию
в качестве учебного пособия для подготовки бакалавров и магистров
по направлениям агрономического и экологического образования
УДК 579
ББК 40.5
К 59
Составили:
В.С. Цховребов С.И. Веревкина, В.Я. Лысенко В .Я., Фаизова В.И.,
А.М.Никифорова, Д.В. Калугин, Л.Ю. Чистоглядова, М.И.Писаренко.
Климатология и метеорология: учебно-методическое пособие.- Ставрополь:
Ставропольское издательство «Параграф», 2011.- 47 с.
Даны понятия об основных метеорологических величинах, рекомендации по
оценке климатических ресурсов отдельных территорий.
Описаны приборы и правила измерения основных метеорологических величин,
оказывающих влияние на процессы в народном хозяйстве
Представлены правила по технике безопасности при работе
студентов с
приборами в лаборатории, содержание, порядок и последовательность
выполнения заданий.
Для студентов сельскохозяйственных вузов специальностей 020800.62
экология и природопользование, 250700.62 – ландшафтная архитектура,
110201.62 – агрономия (бакалавры), 110201.65 –агрономия ПФО. СФО; 250203.65
– садово-парковое и ландшафтное строительство,
020802.65 – природопользование, 020800.68 – экология и природопользование,
020200.68 – экология и природопользование
(магистры).
©Составители, 2011
©ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный
университет
© Ставропольское издательство «Параграф», 2011
Содержание
Введение
1. Измерение атмосферного давления
1.1 Состав и строение атмосферы
1.2. Атмосферное давление
2. Методы измерения лучистой энергии
2.1 Виды лучистой энергии
2.2 Приборы для измерения солнечной радиации
4
5
5
6
12
12
13
3. Методы измерения температурного режима атмосферы
3.1 Характеристики температур
3.2 Приборы для измерения температуры воздуха
3.3 Приборы для измерения температуры почвы
4 Осадки и методы их измерения
16
17
18
20
28
4.1 Международная классификация облаков
4.2 Методы наблюдения за осадками
5. Методы измерения влажности воздуха атмосферы
5.1 Характеристики влажности воздуха
28
29
34
34
5.2. Методы измерения влажности почвы
34
6. Общая циркуляция атмосферы
39
6.1 Барическое поле и барическая система
40
7. Ветер и методы его изучения
43
7.1 Приборы для измерения скорости и направления ветра
44
8. Прогнозы
47
8.1 Синоптические карты погоды
48
8.2 Агрометеорологические прогнозы
50
8.3 Предсказание заморозков
51
8.4 Прогноз запасов влаги
57
8.5 АГСП (агрогидрологические свойства почвы)
63
8.6 Прогноз погоды по местным признакам
64
9. Влияние погоды на сельское хозяйство
75
10. Загрязнение атмосферы
80
10.1 Ежегодные объемы выбросов в атмосферу, последствия 81
10.2 Нормирование загрязнения атмосферы
83
11. Влияние климатических условий на планировку
застройки
85
12. Использование метеорологических наблюдений и
методов в природообустройстве
88
Глоссарий
89
Список литературы
94
Введение
Учебное
пособие
к
лабораторно-практическим
занятиям
по
«Климатологии и метеорологии» преследуют цель – ознакомить студентов с
важнейшими климатическими, метеорологическими факторами, которые
определяют условия жизни и продуктивность растений, животных, человека и
закрепить теоретические знания по курсу, дать студентам навыки
самостоятельной работы:
по изучению стандартных метеорологических приборов и правилам
измерения основных метеорологических величин, оказывающих влияние на
процессы в аграрном производстве и продуктивность сельскохозяйственных
культур;
- владению методами анализа первичной метеорологической информации
- рекомендациям по оценке неблагоприятных метеорологических условий,
агроклиматических ресурсов отдельных территорий;
- освоению основных методов метеорологических наблюдений и прогнозов,
применяемых в практике обслуживания аграрного производства;
- по изучению форм записи метеорологических наблюдений, климатических
характеристик, расчетов и анализа полученных результатов.
Студент должен знать, как солнечное излучение, состав атмосферы, тепло и
влага влияют на все природные тела (растения, почвы, макро- и микроорганизмы),
объекты и процессы сельскохозяйственного производства.
Студент
должен
уметь
эффективно
использовать
климатические,
метеорологические и гидрологические ресурсы для повышения продуктивности
земледелия; уметь бороться с
неблагоприятными метеорологическими
явлениями; уметь пользоваться информацией гидрометеослужбы; самостоятельно
измерять основные погодные элементы (температура, осадки) и умело их
использовать для повышения урожайности полевых культур и интенсификации
сельскохозяйственного производства в целом.
При самостоятельной работе с тетрадью необходимо тщательно изучить
содержание и порядок выполнения задания.
После выполнения задания все записи сдаются на проверку преподавателю,
который проводит собеседование и выставляет качественную оценку данной
выполненной работы.
1. ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ.
1.1 Состав и строение атмосферы
Атмосфера— газовая оболочка Земли, распространяющаяся до высот
приблизительно 1000 км.
Атмосфера состоит из смеси ряда газов - воздуха, в котором во взвешенном
состоянии находятся пыль, капельки, кристаллы и т. п. Водяной пар также входит
в состав воздуха, однако в отличие от большинства других газов его процентная
доля существенно меняется с высотой и даже у поверхности земли содержание
водяных паров значительно меняется как во времени, так и в пространстве. В
меньшей мере изменяются доли диоксида углерода и озона. Процентное
отношение других газов меняется в пространстве атмосферы незначительно.
Поэтому в метеорологии приняты понятия сухого воздуха и влажного воздуха.
Процентное соотношение газов (по их объему) в сухом воздухе следующее.
АзотКислородАргонДиоксидДругие
(N2)(02)(Аг)углерода (С02)газы
78,0820,950,930,030,01
Существует понятие «международная стандартная атмосфера» (МСА), для
которой принимают следующие основные условные характеристики: состав
сухого воздуха такой же, как и у земной поверхности; давление на уровне моря
при температуре 15 °С равно 760 мм рт. ст. (1013,3 миллибар).
В метеорологии основными физическими характеристиками атмосферы
принято считать: давление, температуру, плотность, которые значительно
изменяются с высотой и взаимозависимы.
Основной критерий разделения атмосферы на характерные концентрические
сферы — стратификация температуры по высоте относительно уровня океана.
Тропосферой
называютнижний слой атмосферы, в котором температура
обычно уменьшается с увеличением высоты. Вэкваториальных
широтах
верхняя кромка
тропосферы можетдостигать 18 км над уровнем океана, в
умеренных широтах онаобычно располагается в пределах 10..13 км, а над
полюсами может опускаться до 8 км. При некоторых условиях атмосферной
циркуляции воздушных масс в отдельных ограниченных слоях тропосферы
можно наблюдать инверсию(увеличение температуры с высотой) или изотермию
(температура с высотой не меняется).
Отличительная черта тропосферы — наличие в ней водяного пара (за пределами
тропосферы водяной пар присутствует в незначительных количествах). Именно
поэтому практически только в тропосфере образуется облачность.
В пределах самой тропосферы также выделяются характерные слои воздуха. В
частности, самый верхний слой толщиной приблизительно в 1 км, в пределах
которого наблюдается постоянство температуры, называют тропопаузой. Слой
воздуха от поверхности Земли до 1...1,5 км обычно выделяют как слой трения
(воздуха о земную поверхность), или планетарный пограничный слой, а самый
нижний слой до высоты 100 м называют приземным.
Стратосфера располагается над тропопаузой и распространяется примерно до
высоты 50 км. Отличительная особенность ее — повышение температуры с
высотой. Самый верхний слой стратосферы — стратопауза, где температура
практически не меняется с высотой. Следует заметить, что водяных паров в стратосфере почти не существует и соответственно облачность не развивается.
Мезосфера находится выше стратосферы, в которой температура понижается с
высотой. Мезосфера распространяется примерно до высоты 80 км и заканчивается
мезопаузой.
Термосфера отличается резким возрастанием температуры в ее пределах в связи
с очень большими скоростями газовых молекул и атомов. Иногда термосферу
называют ионосферой, поскольку содержание ионов здесь очень велико.
Экзосфера располагается выше термосферы, содержит только очень небольшое
число атомов газа, которые движутся здесь с такой скоростью, что преодолевают
притяжение Земли и улетают в космическое пространство.
Атмосферное давление, измеряемое на тысячах наземных метеорологических
станций, - основной метеорологический элемент, применяемый в численных
методах краткосрочных прогнозов погоды. Рост атмосферного давления или его
понижение свидетельствует о приближении антициклонов, циклонов,
атмосферных фронтов.
1.2.Атмосферное давление – это сила, с которой давит на единицу
поверхности земли (см2,, м2) столб воздуха, простирающийся от земной
поверхности до верхней границы атмосферы (мм.рт.ст., мбар).
Давление воздуха, измеряемое высотой ртутного столба в 760 мм и
основанием в 1 см2 при t0C = 00C, на широте 450 и на уровне моря, называется
нормальным атмосферным давлением.
С 1980 года в качестве международной единицы измерения атмосферного
давления принят паскаль (Па) – давление, вызываемое силой в
1 ньютон на
2
площадь 1м , точнее не сам паскаль, а его производная – гектопаскаль (гПа): 1 Па
= 1Н/м2; 1 гПа = 100 Па = 0,75 мм.рт.ст.
Поскольку для измерения атмосферного давления до сих пор применяют
приборы, шкалы которых проградуированы в миллиметрах, то укажем
соотношение между старыми и новыми единицами:
1 мм рт.ст. = 1,33 гПа = 1,33 мбар.
Изменение давления с высотой характеризуетсябарической ступенью.
Она вычисляется по формуле: h =8000 / P(1+ qt);
где - P – величина давления, мб ( 1 мб = 0,75 мм рт.ст); q – коэффициент
температурного расширения воздуха – 0,003366 = 0,004; t – температура воздуха
о
между нижней и верхней точками,
С. t = t1 + t2 /2;
Определение барического нивелирования
Цель нивелирования - нахождение превышения на местности одной точки над
другой и построение изогипс, т.е. топографических карт.
h = 16000(P1 – P2 )/(P1 + P2 )(1+ qt)(превышение между двумя точками ( .)
где - P1 и P2 - давление в мм рт.ст. в нижней и верхней точках;
По данной формуле можно определить:
- превышение между двумя ( . );
- величину Р на заданной высоте, зная Р и tоС. на нижней ( .) и изменение tоС
и Р с высотой;
- привести атмосферное давление на любой высоте к уровню моря, зная Р и
о
t С на этой высоте и изменение tоС с высотой.
Приборы и методы измерения атмосферного давления.
При измерении атмосферного давления применяют четыре вида приборов:
жидкостные барометры, действующие на основании законов гидростатики;
деформационные барометры (анероиды), действие которых основано на упругих
свойствах приемной части прибора; газовые барометры, основанные на упругих
свойствах газа; термобарометры - приборы, действие которых основано на
зависимости точки кипения жидкости от внешнего давления.
Наиболее применимы в метеорологии из жидкостных барометров – ртутный
чашечный, из деформационных – барометр-анероид и барограф.
Ртутные барометры могут быть 3 систем: чашечные, сифонно-чашечные,
сифонные. Принцип их действия: если стеклянную трубку, длинной около 90 см.,
запаянную с одного конца, наполнить ртутью затем прикрыв отверстие
опрокинуть и погрузить незапаяным концом в ртуть, налитую в чашечку, то после
открытия отверстия трубки ртуть вытечет в чашечку частично.
В трубке останется столб ртути. Давление этого столба ртути и давление
оставшегося внутри трубки воздуха уравновешивают атмосферное давление,
оказываемое на поверхность ртути в чашке. След высоты столба ртути и будет
показывать величину атмосферного давления.
Чашечный станционный барометр (практикум Виткевич, стр. 187).
Устройство: стеклянная барометрическая трубка с ртутью (1), укреплена на
крышке чашки с ртутью (2) и заключена в металлическую оправу – футляр (3). В
верхней части трубки сделаны сквозные прорези, через которые наблюдается
мениск ртути. В нижней части находится термометр. На крышке чашки, есть винт
(6) который надо открывать, чтобы ртуть сообщалась с наружным воздухом.
Измерение высоты ртутного столба производился по шкале, нанесенной по краю
прорези вверху с помощью нониуса (4) это линейка с делениями внутри
стеклянной трубки. Она перемещается с помощью винта – кремальеры (5).
Измерение: 1 – отсчет t0;
2 – нулевое деление нониуса с помощью кремальеры подвести
к мениску ртути. Глаз наблюдателя должен быть на одной высоте с мениском
ртути;
3 – снимаем показания с основной шкалы + показания нониуса
деления, который совпадает с делением основной шкалы, записываем;
4 - вводятся поправки: а) инструментальная (берется из
поверочного свидетельства); б) на распределение силы тяжести ( норма – на
широте 45°, если широта меньше 45°, то длинна столба ртути уменьшается,
поправка отрицательная; если широта больше 45°, то длинна столба ртути
увеличивается, поправка положительная, стр. 190 табл. 1);
в) на температуру – стр. 191 табл. 2.
5 – перевод давления из мм. в мб. – по таблице стр. 192 1мб = 0,75
мм. рт. ст.
1 мм. рт. ст. = 1,33 мб.
Шкала с пределами измерений от 680 или 810 до 1110 мб. В старых
барометрах шкала дана в мм. перевод : цена деления если в мб = 0,735
мм. если в мм. = цена делений 0,98 мм.
Чашечный барометр устанавливается в помещении МС подальше от
отопительных приборов или наружной входной двери, стена на
которую подвешивается барометр должна быть капитальной, шкафчик,
высота от пола 70-75 см.
Барометры деформационные.
Принцип действия – зависимость упругой деформации твердых тел
от оказываемого на них давления. Основная их часть – вакумированные
мембранные коробки (барокоробки), блоки из них (бароблоки) и
сильфоны.
Барокоробка – это спаянные по периметру несколько круглых
мембран. Сильфон – это тонкостенная гофрированная трубка, закрытая
с обоих концов дисками. Изготавливаются из стали, бронзы и их
сплавов с другими металлами, под действием давления на мембраны
проходит сжатие коробки. Внешнее атмосферное давление на
мембраны, направленное на сжатие коробки, уравновешивается силой
упругой деформации мембран или дополнительной измерительной
пружиной. При измерении давление нарушается уровень деформации
мембраны и пружина деформируется до положения при котором
равновесие восстанавливается. Произошедшее перемещение жестких
центров мембран коробки относительно друг друга может служить
мерой измерения атмосферного давления.
Барометры - анероиды
Здесь применяются и бирокоробки и бароблоки. В анероидах,
основанных на принципе измерения деформации (линейного
перемещения жестких центров мембран) применяется передаточный
механизм, и итог движение стрелки по шкале.
Барометры – анероиды М–67 ( стр.194 Пр.)
Его бароблок состоит из 4 барокоробок, он устанавливается в
металлическом корпусе, верхняя стенка стеклянная, закрепляется в
футляре с помощью амортизационных пружин. Диапазон при t0 = -40 +
40°. Поправки к показаниям анероида: 1) на температуру; 2) шкаловая;
3) добавочная по свидетельству (стр. 90 и 206 Пр.)
Гипсометрический метод
В зависимости от температуры кипения жидкости давления.
Жидкость начинает кипеть при t0, при которой упругость ее паров
равна внешнему давлению на поверхность жидкости. Зная t0 пара
кипящей воды, можно по таблице найти упругость пара, а так как
упругость = внешнему давлению, то и атмосферному давлению.
Прибор: гипсотермометр и кипятильник с паровой камерой.
Барограф
Барограф размещен в пластмассовой капсуле. Чувствительный
элемент его – блок барокоробок (3). Верхний конец бароблока с
помощью упора и передаточной системы связан со стрелкой пера (5).
Перо на ленте (1) чертит линию изменения давления. При повышении
атмосферного давления барокоробки сжимаются и через рычажную
систему поворачивают стрелку, перемещая ее вверх. При понижении
атмосферного давления коробки расширяются под воздействием
упругих сил, мембрана и стрелка перемещается вниз. Барограф
устанавливается на отдельной площадке, укрепленной на капитальной
стене вдали от отопительных приборов. Бывают суточные – недельные.
Ленты – горизонтальные линии образуют шкалу давления в мбар, вертикальные
– шкалу времени. Шкала давления от 960 до 1050 мб через каждые 2 мбара и
оцифрованы через 10 мб. Шкала времени – в суточном – через 15 мм., в
недельном – через 2 часа.
Применяется для непрерывной регистрации давления (*суточного,
недельного). При повышении атмосферного давления барокоробки
сжимаются, – стрелка с пером идет вверх.
Задание к занятию
1. Перевести давление, выраженное в миллиметрах в миллибары по табл. 3 стр.
192. Практикум Виткевич
722,5 мм =
721,9 мм =
723,0 мм =
715,4 мм =
725,1 мм =
737,7 мм =
2. Станция Ставрополь находится на широте 45°. По барометру отсчитано
давление 720,0 мм, термометр показывает +20°. Инструментальная поправка
барометра = +0,2 мм.
Найти поправку барометра и определить исправленную величину давления.
Д = 720 ммt = 20°
По табл. 1 стр. 190 – поправка на силу тяжести = 0,0 мм
По табл. 2 стр. 191 – поправка приведения к 0° = -2,3
Окончательная поправка = 0,0 – 2,3 + 0,2 = -2,1 мм
Исправленная величина Д = 720 – 2,1 = 717,9 мм = 957,1 мб
Д = 716,0
t = 12° попр(-1,4)
Д = 724,0
t = 17° попр(-2,0)
Д = 729,0
t = 25° попр(-3,2)
3. Обработать ленту барографа.
4. В сельскохозяйственной сфере для определения превышения одной точки над
другой часто используют данные атмосферного давления и температуру
воздуха, используя формулу Бабине.
h = 16 000 (P1 – P2)/ (P1 + P2) * (1 + at°)
h – превышение между двумя точками
Р1 и Р2 – атмосферное давление в мм рт ст в нижней и верхней (.)
a – коэффициент расширения воздуха = 0,00366
t – ср. температура между нижней и верхней точками
5. Рассчитать превышения одной точки над другой часто, используя формулу
Бабине. (табл. 1. )
Таблица 1.
Э
Варианты
ле 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15
ме
нт
ы
Р1 725 730 735 728 736 715 722 733 778 734 720 731 740 762 754 745
м
м
Р2 723 721 729 720 728 710 714 728 752 725 710 724 734 747 720 731
м
м
t1 20,5 17, 19° 18,6 21,0 19,0 21,0 18,7 17,7 20,1 19,6 18,4 17,4 18,9 16,8 20,3
°C
9°
t2° 19,3 15, 16° 16,7 19,9 17,5 17,8 17,2 15,0 18,9 16,3 15,3 14,7 16,7 14,6 17,8
C
0
5.2 Определить высоту горы, если у подножия атмосферное давление … ГПа, t =
…..°С, на вершине горы давление …. ГПа, t = ….° h =
5.3 При выпуске радиозонда давление у поверхности земли = …… ГПа,
t =……°С, При входе прибора в кучевое облако - давление ……… ГПа,
t = …°С,
h = . Какова высота нижней границы облака?
6. Изменение давления вдоль горизонтали, направленной перпендикулярно к
изобарам от высокого давления к низкому, приходящееся на 100 км
расстояния, называется горизонтальным барическим градиентом (ГБГ)
ГБГ = ΔP/Δn*100
ΔP- изменение давления (ГПа) на расстоянии Δn (км) по горизонтали
6.1 На синоптической карте на двух станциях, расположенных на расстоянии
……. км, проходят изобары ……. и …….. ГПа.
Вычислить ГБГ.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Вопросы.
Что понимается под атмосферным давлением?
Единицы измерения атмосферного давления?
Нормальное атмосферное давление?
Что такое изобары?
Что такое барическая ступень?
Приборы для измерения атмосферного давления. Их строение, принцип
действия?
Цель барометрического нивелирования?
Как изменяется атмосферное давление с высотой?
2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ.
2.1 Виды лучистой энергии
Лучистая энергия Солнца, или солнечная радиация, служит основным
источником энергии, приходящейся на деятельную
поверхность Земли.
Солнечная радиация необходима для создания органического вещества в процессе
фотосинтеза и оказывает влияние на рост и развитие растений, на
продолжительность вегетации, в конечном счете определяет урожайность
растений.
Солнечная радиация состоит из трех составляющих: прямой солнечной
радиации, рассеянной и суммарной .
Прямая солнечная радиация – S – это поток солнечных лучей,
непосредственно падающих на поверхность Земли. Её интенсивность измеряется
в калориях на см2. в минуту. Она зависит от высоты солнца и состояния
атмосферы (облачность, пыль, водяной пар). Это коротковолновая часть спектра.
Измеряется она актинометром.
S/ = Ssinho
Где S/ - вертикальная составляющая прямой солнечной радиации, S –
прямая солнечная радиация на перпендикулярную поверхность, Вт/м 2; ho– высота
солнца над горизонтом, град.
Рассеянная радиация – D – часть солнечной радиации в результате
рассеяния атмосферой уходит обратно в космос, но значительная ее часть
поступает на Землю в виде рассеянной радиации. Измеряется прибором
пиранометром, затененным от прямой радиации. Это коротковолновая часть
спектра. Длина волны 0.17-4мк.
Суммарная радиация- Q- состоит из рассеянной и прямой радиации на
горизонтальную поверхность. Q= D+S
Суммарная радиация в пасмурную погоду состоит из одной рассеянной
радиации. Измеряется пиранометром без его затенения.
Отраженная солнечная радиация –Rk–часть суммарной радиации,
которая отразилась деятельной поверхностью. Измеряется прибором
альбедометром.
Отражательную способность любой поверхности можно характеризовать
величиной ее альбедо (Ак), под которым понимают отношение отраженной
солнечной радиации к суммарной. Альбедо обычно выражают в процентах:
А = Rk / Q * 100%.
Тепловое излучение земли (деятельной поверхности)Ез– длинноволновая
лучистая энергия, испускаемая деятельной поверхностью и направленная вверх, в
атмосферу.
Тепловое излучение атмосферы Еа – часть теплового излучения атмосферы,
направленного к земле и поступающего на горизонтальную поверхность.
Разность между собственным излучением поверхности Земли и встречным
излучением атмосферы называют эффективным излучением: Еэф.
Еэф= Е3-Еа
Радиационный баланс деятельной поверхности В – разность между
приходом и расходом лучистой энергии:
В= S/ + D+ Еа - Rk - Е3(Для ясной погоды).
В= D+ Еа - Rk - Е3(При пасмурной погоде).
В= Еа - Е3 (В ночное время суток).
Часть лучистой энергии солнца, которую растения усваивают в процессе
фотосинтеза, называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). ФАР
располагается в волновом диапазоне от 0,38 до 0,71 мкм.
2.2 Приборы для измерения солнечной радиации.
Измерение прямой солнечной радиации. Для измерения этого потока
лучистой энергии применяют как абсолютные, так и относительные приборы. К
абсолютным приборам относят различные виды пиргелиометров конструкции К.
Ангстрема, А. Н. Бойко, Н. В. Кучерова, В. А. Михельсона—Аббата и др.; к
относительным — биметаллические актинометры Михельсона, Михельсона—
Мартена, Калитина, Протасова. Наиболее часто пользуются термоэлектрическим
актинометром конструкции Ю.Д. Янишевского (относительный).
А к т и н о м е т р т е р м о э л е к т р и ч е с к и й М-3 (АТ-50) (Практикум
Виткевич, стр. 37.) Прибор предназначен для измерения интенсивности прямой
солнечной радиации. Актинометр соединяют или с гальванометром стрелочным
актинометрическим (ГСА-1), или с самопишущим потенциометром.
Устройство. В нижней широкой части трубы находится приемник радиации
в виде тонкого серебряного диска, зачерненного со стороны, обращенной к
Солнцу. С другой стороны к диску приклеены внутренние нечетные спаи
термобатареи, составленной из манганиновых и константановых полосок,
расположенных в виде звездочки. Четные же внешние спаи находятся за краем
диска и подклеены к медному кольцу. Прямая солнечная радиация, проникающая
через отверстие трубы к диску, нагревает его, а с ним и приклеенные к нему
нечетные внутренние спаи звездочки. Четные же спаи остаются при этом в тени и
сохраняют температуру воздуха. Разность температур внутренних и внешних
спаев вызывает термоток, пропорциональный интенсивности радиации. Этот ток
измеряется при помощи гальванометра, присоединенного к актинометру.
Установка, измерение, обработка наблюдений. На горизонтальной площадке.
Нацеливают на солнце, закрепляют, открывают крышку, провода присоединяют к
клеммам гальванометра. Если стрелка уходит за «0», провода меняют местами.
На концах трубки есть кольца для нацеливания на солнце. На одном отверстие, на
другом – точка. Пучок света проходит через отверстие и точно попадает на точку.
Крышку закрывают и берут отсчет (n0 1). Затем снимают крышку и с интервалом
10-15 сек снимают показания (n1 , n2 , n3 ). Записывают время наблюдения. После
отсчетов берут отсчет места нуля (n0 2) и t0по гальванометру.
Вычисляют среднее значениеn и среднее нулевое показание. В среднее
показание вводят поправку из поверочного свидетельства гальванометра и
получают исправленное показание. Затем находят фактическое отклонение
разности исправленного и нулевого. Чтобы получить в калориях/см 2. в минуту
умножают на переводной множитель (из поверочного свидетельства).
Для измерения интенсивности суммарной радиации, приходящей к
горизонтальной поверхности, служит пиранометр Янишевского (Практикум
Виткевич, стр. 42.). При помощи пиранометра можно определить также
интенсивность одной только рассеянной радиации. Для этого нужно затенить его
от действия прямой солнечной радиации небольшим экраном. Приемником
радиации служит термобатарея, составленная из чередующихся манганиновых и
константановых полосок. С внешней стороны четные спаи окрашены окисью
магния в белый цвет, нечетные – сажей в черный цвет. Спаи чередуются по
окраске в шахматном порядке. Для защиты от ветра и осадков над приемником
установлен полусферический стеклянный колпак.
Установка, измерение, обработка наблюдений. Прибор устанавливают на
площадке так, чтобы номер на головке был повернут к солнцу. Горизонтальность
проверяют по уровню. Нулевое положение отсчета берут при закрытой крышке
(n0). Крышку открывают и снимают три показания с интервалом в 10-15 сек.
Сначала берут отсчеты при затененном для определения рассеянной
радиации(n1n2), затем суммарной (n3n4n5). Затем снова ставят щиток и берут
отсчеты для рассеянной радиации (n6 и n7). Закрывают головку и берут вторичный
отсчет нуля (n0 2) и t0.
Сначала находят среднее значение рассеянной радиации и суммарной.
Затем вводят поправки и получают исправленное значение Q. Находят
фактическое отклонение и с учетом переводного множителя из поверочного
свидетельства получают окончательное значение.
Пиранометр, приспособленный для измерения отраженной радиации
называется альбедометром (Практикум Виткевич, стр. 46.). Приемник прибора –
головка пиранометра., устанавливается на высоте 1м. Имеется
рукоятка с помощью которой приемник может быть повернут вверх и вниз.
Подсоединяют к гальванометру.
Измерения и обработка данных аналогична пиранометру.
Для непосредственного измерения и регистрации радиационного баланса
служит балансомер. Приемником прибора являются две зачерненные с наружной
стороны пластинки, расположенные параллельно. К внутренней стороне
пластинок приклеены спаи термоэлектрических батарей. Подсоединяется к
гальванометру. Устанавливают на деревянной рейке на высоте 1,5 м от земли.
Отсчеты аналогичны.
Для регистрации продолжительности солнечного сияния служит – гелиограф
(Практику Виткевич, стр. 14.). Принцип действиягелиографа основан на
прожигании бумажных синих лент солнечными лучами, собранными в фокусе
стеклянного шара.. На обороте каждой ленты отмечают год, месяц, дату и время
установки и снятия ленты. Прожог ленты гелиографа происходит, когда
интенсивность прямой солнечной радиации составляет 0,2...0,4 кал/см2 • мин
(140...280Вт/м2
Задание к занятию
1. Определить время восхода и захода солнца и продолжительность сумерек на
широте г. Ставрополя ( 45°) по таблице на стр. 15 Практикум Виткевич,
Построить график.
2. Обработка лент гелиографа.
3. На сколько больше тепла поглощает поверхность влажного парового поля (Ак
=…..%) по сравнению с сухим (Ак=…..%), если суммарная радиация
составляет ….. Вт/м2 (солнце в зените)
4. Определить количество солнечной энергии, которое получит пшеница в
начальные фазы развития (Ак=….%) при энергетической освещенности
суммарной радиацией равно ……Вт /м 2 (солнце в зените).
5. Вычислить поглощенную радиацию за час свежевспаханным черноземом ( Ак
=……%) и песчаной почвой (Ак =….%), если суммарная радиация в среднем
за этот час составляет ….. Вт/м2
6. Вычислить отраженную радиацию, если суммарная (Q)= …..Вт/м
эффективное излучение (Еэф)=….. ВТ/м2, альбедо поверхности Ак=…%.
2
,
7. Вычислить радиационный баланс используя формулу:
B=Q-Rk–Eэф, произведя промежуточные расчеты: Q= S+D
S =S . sin h
Rk =AQ / 100
Пример: ho = 19°
sin 19° = 0.31
S =0.80 Вт /м2
D =0,07 Вт /м 2
Еэф =0,10 Вт / м2
А =18%
8.
Высота солнца 45°, инсоляция (или прямая радиация) при
перпендикулярном падении лучей …….Вт/м2, рассеянная радиация =…..% от
инсоляции, эффективное излучение = ….Вт/м2. Определить радиационный баланс
картофельного поля, если Ак= …..%.
9.
Вычислить суммарную радиацию Q для каждого часа наблюдений и по
этим значениям определить ФАР, используя формулу : ФАР = 0,52 Q
Время
S Квт /м2
D Квт /м2
Q
ФАР
7
9
11
13 15 17 19
0,18 0,38 0,68 0,71 0,54 0,29 0,01
0,07 0,10 0,12 0,14 0,13 0,11 0,07
10.
Чем объяснить разность сумм ФАР за май: Архангельск =264, Москва = 272
, Киев =289 , Махачкала = 331?
Вопросы.
1. Виды солнечной радиации?
2. Радиационный баланс?
3. Фотосинтетически активная радиация (ФАР)?
4. В каких единицах измеряется интенсивность солнечной радиации?
5. Приборы для измерения солнечной радиации?
6. Значение солнечной радиации?
7. Как регулировать альбедо сельскохозяйственных угодий?
3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА АТМОСФЕРЫ.
Температура почвы и воздуха – это один из основных и незаменимых
факторов среды. От температуры почвы зависит скорость набухания и
прорастания семян растений, интенсивность окислительных процессов в почве,
эффективность применения удобрений, условия перезимовки озимых культур и
многолетних растений.
Температурный режим воздуха влияет на скорость роста и развития
растений, интенсивность процессов фотосинтеза, дыхания, транспирации.
Интервал между критическими отрицательными и положительными
температурами для каждого вида растений определяет их ареал на планете.
3.1. Характеристики температур
При оценке температурного режима большой территории или отдельного
пункта применяют характеристики температуры за год или за отдельные периоды
(вегетационный период, сезон, месяц, декада и сутки). Основные из этих
показателей следующие:
Средняя суточная температура — среднее арифметическое из температур,
измеренных во все сроки наблюдений.
Средняя месячная температура — среднее арифметическое из средних
суточных температур за все сутки месяца.
Средняя годовая температура — это среднее арифметическое из средних
суточных (или средних месячных) температур за весь год.
Амплитуда годовых колебаний температуры – разность между
среднемесячными температурами наиболее теплого и холодного месяцев.
Активная температура — это среднесуточная температура воздуха (или почвы)
выше биологического минимума развития культуры.
Эффективная температура — это среднесуточная температура воздуха (или
почвы), уменьшенная на значение биологического минимум.
Сумма активных температур – это сумма средних суточных температур
выше 10°С.
Сумма эффективных температур – это сумма средних суточных температур
отсчитанных от биологического минимума, при котором развивается растение.
Температурные интервалы прорастания семян в почве (в °С)
Таблица 2
Растение
Минимум
Оптимум
Максимум
Пшеница, ячмень,
овес, рапс
0-5
25-30
31-37
Гречиха
0-5
25-31
37-44
Подсолнечник
5-10
31-37
37-44
Кукуруза
5-10
37-44
44-50
Хлопчатник, рис,
12-24
37-44
44-50
тыква
Дыня, огурец
15-18
31-37
44-50
Потребность сельскохозяйственных культур в тепле (в °С)
Таблица 3
Культура
Яровая пшеница
Температура начала
роста (°С)
5
Биологическая сумма
температур (°С)
1400-1700
Озимая пшеница
Озимая рожь
Просо
Подсолнечник
Кукуруза
Соя
Чина
Сахарная свекла
Помидоры
Огурцы
Картофель
Виноград
Рис
5
5
10
8
10
10
5
5
10-12
13-15
7-8
8
15
1400-1500
1300-1400
1570-1875
1850-2300
2100-2900
2140-3060
1600-1700
1200-1800
1800-2000
1500
1000-2000
2500-3500
2200-3320
3.2 Приборы для измерения температуры воздуха.
Для измерения температуры воздуха применяют три термометра:
психрометрический сухой (срочный), максимальный и минимальный. Для
непрерывной регистрации температуры воздуха служат суточный и недельный
термографы.
Срочный термометр ТМ-3, ртутный, с цилиндрическим резервуаром и ценой
деления шкалы 0,2 или 0,5 0С используют для измерения температуры воздуха и
поверхности почвы в данный момент (срок).
Максимальный термометрТМ-1, ртутный, служит для измерения наивысшей
температуры воздуха и поверхности почвы за период между сроками
наблюдений.
Максимальный термометр отличается от срочного тем, что в канал капилляра
непосредственно около резервуара входит тонкий штифтик, впаянный в дно
резервуара. В результате этого в месте сужения происходит разрыв ртути, и
таким образом фиксируется максимальное значение температуры за данный
промежуток времени.
Минимальный термометрТМ-2, спиртовой, применяют для измерения самой
низкой температуры воздуха и поверхности почвы за период между сроками
наблюдений. Особенность устройства этого термометра заключается в том, что
внутрь капилляра закладывается маленький из темного стекла штифтик.
При понижении температуры поверхностная пленка мениска движется в
сторону резервуара и перемещает за собой штифтик. При повышении
температуры спирт, расширяясь, свободно обтекает штифтик. Последний
остается на месте, указывая удаленным от резервуара концом минимальную
температуру между сроками наблюдений.
Психрометрический термометр ТМ-4. Психрометрический сухой (срочный)
термометр является частью прибора — станционного психрометра (психрометра
Августа), который служит для измерения температуры и влажности воздуха.
Психрометрический сухой термометр — это абсолютный прибор для
измерения температуры воздуха. Все остальные термометры и термограф —
приборы относительные.
Устройство. Срочный термометр — это ртутный термометр с шаровидным
резервуаром и ценой деления 0,2 °С. Инерция термометра в неподвижном воздухе
составляет ~5 мин. Термометр устанавливают в психрометрической будке в
вертикальном положении. Для этого на верхнем конце стеклянной оболочки
термометра укреплен при помощи сургуча металлический колпачок.
Психрометрическая будка БП-1. Температуру воздуха в метеорологии
никогда не измеряют «на солнце». Ее измеряют внутри защитной
психрометрической будки, которая защищает находящиеся внутри нее приборы
от воздействия внешних факторов.
Устройство будки: стенки и дверца психрометрической будки представляют
собой двойные жалюзи, расположенные под углом 45°к горизонтали на
расстоянии 2,5см друг от друга. Будка изготовлена из дерева, окрашенного в
белый цвет. Дверцу будки ориентируют на север (в северном полушарии, в
южном –наоборот) и укрепляют на металлической подставке высотой 175см.
Для непрерывной записи изменений температуры воздуха за сутки или за неделю в
метеорологии применяют самописцы — суточный и недельный термографы, они
отличаются лишь угловой скоростью вращения барабана. Прибор представляет
собой конструкцию из биметаллического датчика, передающей части и барабана
с часовым механизмом и закрепленной на нем диаграммной лентой. Вращаясь,
барабан обеспечивает развертку температуры во времени — термограмму.
Приемной частью (датчиком) термографа является биметаллическая пластинка,
состоящая из двух слоев разнородных металлов: инвара и стали, отличающихся
друг от друга термическим коэффициентом линейного расширения. При
изменении температуры воздуха биметаллическая пластинка сгибается или
разгибается.
Передающий механизм термографа преобразует незначительные деформации
датчика в значительный размах колебаний линии записи температуры на ленте. К
свободному концу пластинки прикреплен рычаг, который тягой соединен с
рычагом коленчатого вала. Вторым рычагом коленчатого вала является стрелка с
пером, рисующим на ленте барабана термограмму. Перо заполняется
анилиновыми чернилами с глицерином, они медленно высыхают и не замерзают
при низких температурах.
Регистрирующая частьтермографа — это стрелка с пером и барабан с лентой.
Барабан имеет внизу шестеренку часового устройства. Сам барабан надевают на
неподвижную ось, расположенную вертикально на плате прибора. Перед
установкой ключом заводят пружину часового механизма до отказа, ленту плотно
оборачивают вокруг барабана. Лента термографа имеет шкалу времени и три
температурных шкалы. Цена деления по времени у суточных лент — 15 мин, у
недельных — 2 ч.
3.3
Приборы для измерения температуры почвы.
На метеорологических станциях производятся измерения температуры
поверхности почвы и до глубины 3,2 м.
На поверхности почвы температура определяется при помощи лежащих на
ней стеклянно-жидкостных термометров: срочного, максимального и
минимального. Термометры кладут на не затененной оголенной площадке
размером 4 х 6 м. Весной ее перекапывают, разрыхляют, систематически
ухаживают (пропалывают, рыхлят корку после дождя, убирают мусор). Установка
термометров – резервуар и внешняя оболочка наполовину погружаются в почву.
Резервуар к востоку, через каждые 5-6 см. Последовательность термометров:
укладываются с севера к югу срочный, минимальный, максимальный. Зимой
термометры кладут на поверхность снега.
Термометр–Щуп АМ–6 – это толуоловый термометр, заключенный в
металлическую оправу с заостренным наконечником на нижнем его конце.
Резервуар термометра, находящийся в наконечнике оправы, окружен
металлическими опилками для большей чувствительности. В верхней части
прорезь, через которую производится отсчет температуры по шкале. Цена
деления –1°С . Наблюдения проводятся весной на полях под посев яровых
культур на глубине 5-10 см (по два отсчета). На оправе нанесены деления, для
определения глубина измерения почвы. Очищается от почвы насухо. Переносить
только в вертикальном положении. Пределы измерений 0° - 60°.
Коленчатые термометры (Савинова) для измерения температуры почвы
на глубинах 5,10,15,20 см, устанавливаются в теплый период года (после схода
снежного покрова и до перехода температуры г/р 0°). Выступающие из земли
части коленчатых термометров должны располагаться в ряд по нарастающим
глубинам и направлены с В на З. Резервуары обращены на север, расстояние
между ними – 10 см. Выпускаются комплектом – 4 шт. Цена деления 0,5°,
пределы измерений от –10° до +50°. Вблизи резервуара термометр изогнут под
углом 135°.
Вытяжные
термометры
(ТПВ
–
50)
устанавливаются
на
метеорологической площадке с естественным покровом. Трубы располагаются в
один ряд через 50 см. по возрастающей глубине с В на З. Глубина:
40,80,120,240,320 см. Чтобы при наблюдениях не нарушать естественный покров
делается откидной помост с севера + лесенка. Установка – бурится скважина, в
нее устанавливается трубка, в нее вставляется термометр.
Термометр – ртутный, метеорологический почвенно-глубинный цена
деления 0,2° диапазон измерений от –20° до +41°.
Устройство: термометр помещен в оправу. В оправе вокруг резервуара
насыпают медные опилки, – они обеспечивают хороший тепловой контакт, оправа
с термометром укреплена на деревянном шесте (длинна 40,80…320 см).
Деревянный шест с укрепленным термометром опускается в эбонитовую трубку
на нужную глубину.
АМ – 2 М, АМ –29 - это термометры сопротивления, Принцип действия зависимость электрического сопротивления (проводимости) различных
материалов от температуры. В схеме используются проволочные и
полупроводниковые терморезисторы. Используются для измерения температуры
почвы на глубине залегания узла кущения озимых культур и корневой шейки
многолетних трав (3см). Состоит из 1) измерительного пульта; 2) комплект
датчиков. Датчик состоит из проволочного медного терморезистора и соединен
кабелем с вилкой. Точность –1°С. Пульт – переносной. Источником
электрического питания прибора является батарея сухих элементов, вделанная в
корпус пульта. Для установки датчика в поле в почве выкапывается канавка
глубиной 3 см шириной 5-8 см, длинной 1,5 м. В углубление на глубину 3 см
вставляется приемная часть датчика.
Подключение датчика к пульту
осуществляется при помощи штепсельной вилки и розетки. Пределы измерений 30°…+45°С. Пульт хранится в помещении.
ТЭТ – 2, ТЭЦ – 2 – термометры термотранзисторные, они состоят из:
измерительного блока и датчиков, присоединенных к измерительному блоку.
Блок помещен в пластмассовый корпус, на котором есть экран отчетного
устройства и разъемы для подключения датчиков. Датчик – выполнен в
металлическом корпусе и с помощью кабеля соединен с измерительным блоком.
Датчиков может быть 2…10. В качестве датчиков температуры используются
транзисторы типа МГТ – 108.
АМ–17 (термометр манометрический максимально – минимальный)
пределы измерений –35°… +35°С. Используется для измерения температуры
почвы на глубине залегания узла кущения озимых культур (3см). По АМ-17
наблюдают срочную, максимальную и минимальную температуру. Устройство:
термобалон
соединен с геликоидальной манометрической пружиной. На
зачерненном барабане стрелка с пером чертит график изменения температуры.
Все в корпусе под крышкой. Принцип действия: при изменении температуры
датчика пружина раскручивается и пером на стрелке на поверхности барабана
прочерчивается дуга. Крайние точки дуги показывают экстремальные
температуры. Левый - минимальный, правый – максимальный, поперечная черта –
срочная. Температура. Сам
прибор устанавливается на метплощадке на
вертикальном деревянном столбике, закрепляют, а датчик укладывают в почву на
глубину 3 см и засыпают землей. Установка проводится до промерзания верхнего
слоя почвы.
Коробка Низенькова - это минимальный термометр в металлической
коробке помещается в почве на глубину 3 см. Все наблюдения за температурой на
узле кущения помещаются в специальной книжке -КСХ – 2 (м).
Задание к занятию.
Задание
1.Провести наблюдения по максимальному и минимальному термометрам
и записать в таблицу.
1.1 отсчитать показания максимального термометра (до встряхивания).
1.2 встряхнуть максимальный термометр
1.3 отсчитать показания максимального термометра после встряхивания
1.4 отсчитать показания мениска спирта минимального термометра (спирт)
1.5 отсчитать показания правого конца штифта (штифт)
1.6 соединить штифт с мениском спирта
1.7 ввести поправки
Наблюдения по максимальному и минимальному термометрам
Таблица 4
Дата
Показания термометров
Термометры
1.Максимальный
до встряхивания
после
встряхивания
2.Минимальный
термометр
спирт
штифт
Отсчет
Поправка
Исправление величин
Таблица 5
Поправки к термометрам
от
До
Поправка
1. максимальный термометр (ТМ – 1)
-20,0
+5,1
+30,1
+5,0
+0,1
+30,0
0,0
+50,3
+0,1
2. минимальный термометр (ТМ – 2)
-32,0
-24,9
-9,9
+5,1
+30,1
-25,0
-10,0
+5,0
+30,0
+40,0
+0,2
+0,1
0,0
-0,1
-0,2
Задание 2. Построить график суточного хода температуры
воздуха по данным метеостанции
Таблица 6
Часы/
месяц
1
2
3
Январ
ь
-5,0
-5,0
Июль
21,2
20,1
Часы/
месяц
15
Январ
ь
Июль
-3,2
-4,2
-4,6
-4,9
30,2
29,4
26,2
22,6
…
…
…
6
7
-5,0
-5,3
-5,4
-4,6
20,1
21,3
21,5
27,0
18
…
20
10
…
По оси (х) дать время (месяц) , по оси (у) температуру воздуха.
…
23
Задание 3. Рассчитать сумму активных и эффективных температур воздуха
выше +10° (t 0 С)
Таблица 7
Дата
28.04
1.Средняя
температура
воздуха (град)
2.Отклонения от
температуры
+10°
3.Сумма
отклонений
нарастающим
итогом
4.Сумма
активных
температур
больше 10°
нарастающим
итогом
5.Сумма
эффективных
температур
больше 10°
нарастающим
итогом
29.04
30.04
1.05
2.05
3.05
4.05
4,1
8,6
13,1
15,8
17,6
17,3
21,2
-5,9
-1,4
-5,9
-7,3
-
-
13,1
28,9
3,1
8,9
3.1 найти отклонения средней температуры за каждый день от 10°
(4,1°10°=-5,9°)
3.2. рассчитать сумму отклонений нарастающим итогом с учетом знака
отклонения
3.3. определить дату перехода температуры через +10°
3.4. рассчитать сумму активных температур выше 10° за каждый день и
нарастающим итогом
3.5. рассчитать сумму эффективных температур больше 10° за каждый день и
нарастающим итогом.
Задание 4.На карте Ставропольского края ( рис.1) провести изотермы за
третью декаду июня равные 18°,19°,20°,21°. Изотерма –это линия, соединяющая
точки с одинаковой температурой воздуха.
Задание 5. Построить график годового хода температур воздуха по
данным метеостанции
Таблица 8
1 2 3 4
5
6
7
8
9
10
11
12
Год
Средние
температу
ры
(град.)
Задание 6.
Измерение температуры почвы.
6.1. отсчитать температуру по срочному термометру, не снимая его с
поверхности почвы.
6.2. отсчитать показания максимального термометра (до встряхивания).
6.3 встряхнуть максимальный термометр
6.4.отсчитать показания максимального термометра после встряхивания
6.5. отсчитать показания мениска спирта минимального термометра (спирт),
не снимая его с поверхности почвы.
6.6. отсчитать показания правого конца штифта (штифт)
6.7. соединить штифт с мениском спирта
6.8.отсчитать последовательно температуру почвы по коленчатым
термометрам на глубинах 5, 10, 15, 20 см.
6.9. отсчитать температуру по термометру-щупу.
6.10. ввести поправки
Показания термометров
Таблица 9
Дата
Термометры
Показания термометров
Отсчет
Поправка Исправле
ние
величин
Срочный термометр
1.Максимальный
до встряхивания
после встряхивания
2.Минимальный
термометр
спирт
штифт
3. Коленчатые
термометры
5см
10см
15см
20см
4.Термометр – щуп
Поправки к термометрам
Таблица 10
От
-20,0
+5,1
+30,1
-32,0
-24,9
-9,9
+5,1
+30,1
До
Поправк
а
1. максимальный термометр (ТМ – 1)
+5,0
+0,1
+30,0
0,0
+50,3
+0,1
2. минимальный термометр (ТМ – 2)
-25,0
+0,2
-10,0
+0,1
+5,0
0,0
+30,0
-0,1
+40,0
-0,2
Задание 7. Изобразить графически суточный ход температуры на
поверхности почвы
Таблица 11
Дата
1,04
2,04
3,04
4,04
5,04
6,04
7,04
8,04
9,04
10,04
Макси 29,9
мальна
я (t 0
С)
Мини 5,3
мальна
я (t 0
С)
25,4
23,5
29,7
28,2
37,3
40,5
38,4
14,5
16,7
6,0
1,3
-4,1
3,3
-1,1
-1,0
3,0
0,0
-8,8
По оси (х) дать время (месяц) , по оси (у) температуру почвы.
1.
2.
3.
4.
5.
Вопросы по теме:
Как изменяется температура воздуха в течение суток, года?
Какие термометры используются для измерения температуры воздуха?
Что такое активная и эффективная температуры?
От чего зависит температура воздуха?
Что такое изотерма?
4. ОСАДКИ И МЕТОДЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ
Образование облачности в пределах тропосферы оно связано
конденсацией водяного пара.
Процессы перехода молекул водяного пара в жидкое состояние принято
называть конденсацией. Конденсация начинается при достижении воздухом
состояния насыщения – относительной влажности 100%, а дефицита влажности –
ноль.
Совокупность капель и кристаллов, которые уравновешиваются силами трения
воздушных масс и вертикальными составляющими вектора их перемещения,
образуют облака в атмосфере.
4.1 Международная классификация облаков.
Форма облаков достаточно разнообразна и во многом зависит от физических
процессов, происходящих в атмосфере.
Международная классификация включает 10 родов (форм) облачности. В
пределах основных родов можно выделить виды, разновидности и разные
дополнительные особенности облаков.
Чаще всего облачность характеризуется основными 10 ее формами:
перистые – Cirrus (Ci);
перисто-кучевые – Cirrocumulus (Cc);
перисто-слоистые – Cirrostratus (Cs);
высококучевые – Altocumulus (Ac);
высокослоистые – Altostratus (As);
слоисто-дождевые – Nimbostratus (Ns);
слоисто-кучевые – Stratocumulus (Sc);
слоистые – Stratus (St);
кучевые –Cumulus (Cu);
кучево-дождевые – Cumulonimbus (Cb)
Наглядным пособием для определения и изучения облачных форм, видов и
разновидностей, анализа их развития и распада служит «Атлас облаков» с
изображением таблиц (фотографий облаков).
Осадки – это основной источник влаги в почве, они играют важную роль в
жизни растений. Непосредственное воздействие осадков на растения может быть
положительным и отрицательным в зависимости от степени их интенсивности и
продолжительности.
Осадками называют воду, выпадающую в жидком или твердом состоянии на
поверхность земного шара и наземные предметы из облаков или из воздуха,
вследствие конденсации содержащегося в нем водяного пара.
Осадки в зависимости от фазового состояния разделяются на: твердые (снег,
град, снежная крупа, гололед, иней), жидкие ( дождь), смешанные ( снег с
дождем, мокрый снег).
Осадки характеризуются тремя параметрами: количеством, интенсивностью и
продолжительностью их выпадения.
Количество осадков измеряется толщиной слоя воды в мм, который
образовался бы на горизонтальной поверхности от выпавших осадков при
отсутствии просачивания в землю, стекания и испарения.
1мм осадков = 10 т или м3 воды на 1 га.
Интенсивность осадков измеряют в миллиметрах в минуту (мм/мин) или
в час (мм/ч).
Продолжительность выпадения осадков измеряют в часах или в
минутах от начала до окончания их выпадения.
Осадки выпадающие их облаков делятся на 3 типа:
Обложные ( нижний ярус, слоистые облака).
Моросящие (нижний ярус, слоистые облака).
Ливневые ( кучевые облака вертикального развития).
4.2. Методы наблюдения за осадками
Наблюдения за осадками включают:
1. визуальные – вид осадков, их интенсивность, время начала и конца выпадения
2. измерение количества осадков с помощью приборов – осадкомера и дождемера
Третьякова, полевого дождемера Давитая, плювиографа, суммарного осадкомера,
напочвенного осадкомера.
Приборы для измерения осадков.
Дождемер и осадкомер Третьякова. (стр.131 практикум Виткевич).
На столбе высотой 2метра устанавливается осадкомерное ведро.
Поперечное сечение ведра 500см.кв., высота -40см. Внутри ведра диафрагма
воронкообразной формы ( служит для уменьшения испарения воды из ведра). В
стенке ведра впаяна небольшая трубочка, через которую сливается вода (осадки) в
измерительный стакан. Ведро устанавливается в кольцевую оправу, наглухо
закрепленную на столбе. Вокруг оправы конусообразная защита. Она нужна
чтобы уменьшить влияние ветра.
Осадкомер Третьякова состоит из : осадкомерного ведра, крышка на
ведро, таган для установки ведра, планочная ветровая защита, измерительный
стакан. Ведро металлическое, высота 40см, площадь сечения 200см.кв. Ветровая
защита состоит из 16 трапециевидных изогнутых планок, которые крепятся на 2
кольца (нижнее и верхнее).
Цена деления осадкомерного стакана 0.1мм.
Осадкомер устанавливается на метеорологической площадке на
деревянном столбе. Приемная его поверхность должна находится на высоте 2
метра от поверхности почвы. К нему прикрепляется металлическая лесенка.
Измерения проводятся два раза в сутки ( 8час. Утра и 18час. Вечера), или по мере
надобности. Если количество осадков меньше одного деления стакана, то сумма
осадков равна 0мм. Если осадков более 100мм (100 делений стакана), то
измерение проводится по частям. Твердые осадки растапливаются.
Полевой дождемер Давитая.
Это цилиндрический стеклянный стакан с расширением в верхней части и
плоским основанием. Приемная площадь дождемера 30см.кв., высота -34см. Цена
деления -1мм. Рассчитан на измерение 60-65мм осадков. Для уменьшения
испарения воды в стакан вставляется небольшая стеклянная воронка. Измеряют
им количество осадков на сельхозяйственных полях, где ведутся
инструментальные наблюдения за влажностью почвы, если этот участок
находится на расстоянии более 2км от метеорологической площадки.
Дождемер напочвенный (стр.134 практикум Виткевич).
устанавливается в углублении в земле так, чтобы его приемное отверстие
находилось на уровне земли, где скорость ветра близка к нулю и не отклоняет
капельки дождя или снежинки.
Осадкомер суммарный – применяется для наблюдений в трудно
доступных местах, когда нужна информация об осадках за длительный период
времени ( месяц, сезон). Состоит из 2-х частей - верхняя съемная (приемная
часть) и нижняя - конусообразный закрытый сосуд. К приемной части крепится
планочная ветровая защита.(стр.132 практикум Виткевич)
Плювиограф П-2.(стр.140 практикум Виткевич) служит для непрерывной
регистрации количества осадков, их интенсивности и времени выпадения. Это
самописец, регистрирует только жидкие осадки. Интенсивность осадков
вычисляется в мм/мин. с точностью -+ 0.1мм. Измерение большого количества
осадков обеспечивается специальным устройством плювиографа, позволяющим
на одной ленте непрерывно регистрировать выпадающие в течение суток осадки
последовательно по частям, по порциям в 10мм.
Устройство:
прибор
смонтирован
в
металлическом
кожухе
цилиндрической формы с открывающейся дверцей. Приемник осадков – сосуд
плошадью 500кв.см. Дно конусообразное, переходит в отверстие для стока воды.
Осадки по трубке стекают в сосуд, внутри которого есть поплавок с
вертикальным стержнем. К стержню прикреплено горизонтальное перо, которое
на ленте барабана чертит линию – график изменения количества осадков или
плювиограмму. (стр. 141 практикум Виткевич). В сосуд с поплавком входит одно
колено сифонной трубки. Внизу стоит контрольный сосуд.
При отсутствии осадков чертится горизонтальная линия.При выпадении
осадков вода стекая в сосуд поднимает поплавок и перо чертит наклонную
линию. Крутизна последней указывает на интенсивность дождя. Одновременно
наполняется водой и правое колено сифонной трубки. И когда вода дойдет до
верхнего изгиба трубки и заполнит его, начинает действовать сифон- вода
выливается к контрольный сосуд, а перо вместе с поплавком падает вниз и чертит
на ленте вертикальную линию. Падение происходит до тех пор, пока вода из
сосуда не выльется до нижнего края сифонной трубки.
Угол наклона линии на графике дает оценку интенсивности выпадения
осадков. Обработка ленты проводится путем подсчета делений, на которое
поднялось перо плювиографа. Устанавливается прибор на метеорологический
площадке.
Задание:
Задание 1. Построить график (гистограмму) изменения декадных сумм осадков
по данным метеостанции
Таблица 12
Месяц
Декада
1
2
3
Месяц
Декада
1
2
3
Январь
Август
Февраль
Сентябрь
Март
Апрель
Май
Июнь
Октябрь Ноябрь Декабрь
Июль
Год
По оси (х) – месяц (декада), по оси (у) – сумма осадков (мм).
Задание 2. Интенсивность осадков – это количество выпавших осадков
(мм) за 1 мин.
Рассчитывается по формуле:
N=r/t
где: N – интенсивность осадков
r – слой осадков (сумма выпавших осадков)
t –время выпадения осадков.
Решить задачи:
2.1 За ….. мин. на территории Ставрополя выпало ….. мм осадков.
Определить интенсивность осадков.
2.2 В результате сильного ливня количество выпавших осадков за
….. мин составило …… мм. Сколько воды (в тоннах) выпало за 1
мин на площадь 1 га?
2.3 В течение …… мин на поверхность земли выпало …… мм,
…... мм осадков. Сколько воды в тоннах выпало на площадь 1 га?
Задание 3.По данным многолетних наблюдений вычислите
к какому сроку, накопится сумма осадков 100, 250 мм.
Таблица 13
Январь
Июль
Август
Февраль
Сентябрь
Март
Апрель
Май
Июнь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
год
Задание 4.
В таблице 14 даны средние многолетние суммы месячных
осадков. Выразить фактически выпавшие осадки в 1980 году в % от средне
многолетней суммы месячных осадков (фактические осадки делятся на
средние многолетние суммы месячных осадков. и умножаются на 100 %) и
заполнить таблицу.
1980 г.
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Сумма осадков в
мм
Сумма осадков
( в % ) к средние
многолетние
суммы
месячных
осадков.
7,4
5,7
10,0
157,2
63,8
33,5
Таблица 14
1980 год
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
7,4
5,7
10,0
157,2
63,8
33,5
Сумма осадков в
мм
Сумма осадков в
% к средние
многолетние
суммы
месячных
осадков.
1980 год
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
Сумма
8,2
51,8
41,8
55,0
70,2
24,4
осадков в
мм
Сумма
осадков в %
к средние
многолетние
суммы
месячных
осадков.
Вопросы по теме:
1. Дайте определение осадков, назовите их фазовые состояния.
2. В каких единицах измеряются осадки?
3. Как рассчитать интенсивность осадков?
4. Назовите приборы для измерения количества осадков.
5. Как по графику плювиографа определить интенсивность осадков?
6. Объясните разницу в ветровой защите осадкомера и дождемера
Третьякова.
7. Дайте классификацию облачных систем.
5. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА АТМОСФЕРЫ.
Водяной пар является неустойчивой составной частью атмосферы –
содержание его сильно меняется в зависимости от физико-географических
условий местности, времени года, циркуляционных особенностей атмосферы,
состояния поверхности почвы.
Под влажностью воздуха подразумевают содержание водяных паров в
воздухе.
Влажность воздуха имеет большое практическое значение в сельском
хозяйстве, так как обуславливает интенсивность испарения с поверхности почвы
и транспирации с поверхности растений. Данные по влажности воздуха
необходимы при изучении условий испарения, для характеристики засух и
суховеев, регулирования температуры и влажности в закрытых помещениях.
5.1
Характеристики влажности воздуха:
1. Абсолютная влажность воздуха, г/м3, а – масса водяного пара в
единице объема воздуха.
2. Парциальное давлении водяного пара, гПа, е- фактическое давление,
которое имел бы водяной пар, находясь в смеси газов атмосферы.
3. Парциальное давление насыщенного водяного пара, гПа, Е –
парциальное давление водяного пара, максимально возможное при данной
температуре.
4. f – относительная влажность воздуха – это отношение фактического
парциального давления водяного пара при данной температуре воздуха к
давлению насыщенного водяного пара, т.е. максимально возможному для данной
температуры и выраженного в процентах.
f = е/Е* 100%
5. Дефицит влажности или недостаток насыщения d -( мм, Мб).
d = E – e – это разность между давлением насыщенного водяного пара при
данной температуре и фактическим парциальным давлением. Максимальные
значения отмечаются летом, минимальные – зимой.
6. Точка росы – td – это температура, при которой водяной пар,
находящийся в воздухе, достигает состояния насыщения при неизменном
давлении. Точка росы определяется по таблице максимальной упругости водяного
пара.
5.2. Методы измерения влажности почвы:
1. Психрометрический
2. Гигрометрический или сорбционный
1. Психрометрический метод основан на определении разности показаний
двух термометров. Резервуар одного из них смочен водой – это станционный и
аспирационный психрометры. ( Практикум Виткевич, стр. 107).
1.1. Станционный психрометр – это два психрометрических термометра,
установленных на штативе + стакан с дистиллированной водой. Резервуар
правого термометра обвязывается кусочком батиста, конец погружается в воду.
Стакан накрывается крышкой с прорезью для батиста.
Измерения: отсчет температуры с точностью до 0.1. Зимой при морозах
батист обрезают вплотную под резервуар, убирают стакан. За 30минут до
наблюдений приносят стакан с комнатной водой, опускают резервуар термометра,
держат до тех пор, пока температура на термометре не повысится на 2-3 градуса,
т. е. батист оттаял. Далее стаканчик убирается, снимается вода и через 30 минут
производится отсчет. Вычисление характеристик влажности воздуха
производится по психрометрическим таблицам.
1.2. Аспирационный психрометр (стр.109 практикум Виткевич).
Физический принцип действия такой же, как и у станционного, но в нем есть
аспирационное устройство (вентилятор), обеспечивающее протяжку вохдуха у
резервуаров термометров с постоянной скоростью 2 м/сек. Это исключает
влияние скорости ветра на показания термометров.
Строение прибора: два термометра помещены в один футляр, вентилятор
постоянно просасывает воздух около резервуаров сухого и смоченного
термометров.
Прибор с помощью крюка – подвеса устанавливается в будке или на
специальной стойке на высоте 2 метра. Смачивают батист с помощью груши
дистиллированной водой, заводят механизм аспиратора ключом, производят
отсчеты по сухому и смоченному термометрам. Далее по психрометрическим
таблицам находят все характеристики влажности воздуха. Хранится прибор в
футляре.
2. Сорбционный метод – основан на использовании гигроскопических тел,
состояние которых определенным образом зависит от количества сорбированной
воды, находящейся в состоянии равновесия с влажностью окружающего воздуха.
Приборы, основанные на этом методе:
Волосной гигрометр – состоит из рамки, на которой укреплена шкальная
пластинка. Обезжиренный волос верхним концом закреплен с помощью клина и
клея в отверстие винта, а нижний его конец связан со стрелкой. При увеличении
относительной влажности воздуха волос удлиняется и стрелка под действием
грузика перемещается вправо или влево. Прибор устанавливается в
психрометрической будке на штативе между сухим и смоченным термометрами.
Отсчеты делаются до целых.
Пленочный гигрометр – имеет в качестве приемника влажности мембрану
из гигроскопической животной пленки, натянутой на металлическое кольцо.
Изменение этой мембраны передаются стрелке, значения снимаются по шкале.
Электрический
гигрометр
–
его
чувствительный
элемент
–
полупроводниковый датчик диаметром 0.5мм. Электрическое сопротивление
этого датчика является функцией относительной влажности воздуха. Применяется
в основном при лабораторных исследованиях.
Гигрограф (стр 123 практикум Виткевич). –используется для непрерывной
регистрации изменений влажности воздуха. Гигрограф бывает двух видов –
волосной и пленочный, суточный или недельный. На МС наблюдения проводятся
по волосному гигрографу. Вне корпуса прибора находится кронштейн с пучком
обезжиренных волос и защищен ограждением. Под крышкой находится барабан,
на котором укрепляется лента. На ней стрелка, скрепленная с пучком волос
рисует график – гигрограмму (стр. 124 практикум Виткевич). При увеличении
влажности воздуха пучок волос удлиняется – стрелка идет вверх, при уменьшении
влажности – стрелка перемещается вниз. Обработка ленты заключается в снятии
показаний значений влажности воздуха и строится совместный график с
данными показаний психрометра график.
Определение точки росы производится с помощью гигрометра точки росы.
Его действие основано на принципе установления динамического равновесия
между конденсатом в виде капель воды или кристаллов льда,
сконденсировавшихся на поверхности твердого тела, температура которого равна
точке росы окружающего воздуха и парами воды воздуха.
Практически этот метод осуществляется путем охлаждения твердого телам
до точки росы окружающего воздуха и измерения при этом температуры тела.
Конденсационный гигрометр (стр.119 практикум Виткевич) это
прозрачная пластмассовая коробка, в переднюю стенку в круглое отверстие
вставлен тонкий отполированный металлический кружок. Сверху в коробку
заливается легко испаряемая жидкость – эфир. По центру устанавливается
термометр. Внутрь коробки с помощью груши нагнетается воздух, эфир
испаряется, металлический кружок охлаждается. При некоторой температуре на
кружке с наружной стороны начинают конденсироваться водяные пары.
Поверхность кружка покрывается мелкими капельками воды – росой, т.е. это
момент, когда водяной пар в атмосфере является насыщенным и начинает
конденсироваться. В этот момент нужно снять показания термометра.
Точку росы измеряют так же: электрическим гигрометром с применением
электрического
гидролиза
или
с
применением
полупроводниковых
термоэлементов.
Задания:
Задание1. Произвести наблюдения по станционному психрометру:
1. сменить батист на резервуаре смоченного термометра, сменить
дистиллированную воду в стаканчике.
2. отсчитать показания сухого термометра с точностью до 0,1°.
3. отсчитать показания смоченного термометра.
4. записать отчеты в таблицу и ввести поправки (табл. 15).
Показания станционного психрометра
Таблица 15
Отсчет
1. Сухой
термометр
(о С)
Поправка
Исправленная величина
2. Смоченный
термометр
(о С)
3. Упругость
водяного пара (е)
мб.
4.
Относительная
влажность (f) %
5. Недостаток
насыщения (d)
мб.
6. Точка росы td
(о С)
Психрометрический термометр (сухой)
От
-6,8
-1,4
до
-1,5
+40,0
Поправка
-0,1
0,0
Психрометрический термометр (смоченный)
От
-9,9
+15,1
до
Поправка
+15,0
0,0
+40,0
+0,1
Задание 2.Работа с психометрическими таблицами
1. По данным, определенным в первом задании с помощью
психометрических таблиц найти характеристики влажности воздуха и записать в
табл. 1 (пункты 3-7).
Найти в таблицах колонку соответствующей величине сухого и
смоченного термометров, на их пересечении сделать выборку
характеристик влажности воздуха.
Задание
3.Рассчитать
удельную
влажность
Ставропольской возвышенности по данным табл. 17.
Пользуясь формулами:
q = 622*е / р
р – атмосферное давление = 723 мм.рт.ст.
воздуха
на
По оси (х) располагается время (месяцы);
По оси (у) – значения относительной влажности.
Вопросы по теме:
1. Дайте основные характеристикивлажности воздуха.
2. В чем заключается психрометрический метод определения
влажности воздуха?
3.Особенности гидрометрического (сорбционного) метода определения
влажности воздуха.
4. Назовите приборы для определения влажности воздуха.
5. Как определить температуру точки росы с помощью
конденсационного гигрометра?
6. ОБЩАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ
На поверхности земли выделяют три пояса с преобладанием низкого и
четыре пояса с преобладанием высокого давления (рис.1).
Пояса атмосферного давления образуются в результате неравномерного
распределения солнечного тепла на земной поверхности, а также влияния
отклоняющей силы вращения Земли вокруг своей оси. Воздух перемещается не
только в горизонтальном, но и в вертикальном направлении. Сильно нагретый
воздух близ экватора расширяется, становится легче и поэтому поднимается, то
есть происходит восходящее движение воздуха. В связи с этим у поверхности
земли близ экватора образуется низкое давление. У полюсов из-за низких
температур воздух охлаждается, становится более тяжелым и опускается, то есть
происходит нисходящее движение воздуха. Поэтому давление у поверхности
земли близ полюсов высокое.
Рис. 1
6.1
Схема общей циркуляции атмосферы
Барическое поле и барическая система
Под барическим полем в метеорологии понимают скалярное поле
распределения атмосферного давления в пространстве. На синоптических картах
его представляют либо изобарами (линии одинакового давления) для различных
высот над поверхностью земли, либо изогипсами определенных изобарических
поверхностей. Обычно различают барические системы с замкнутыми и с
незамкнутыми изобарами. (рис 2)
Рис. 2
Изобары на уровне моря в различных типах барических систем:
а) циклон; б) антициклон; в) ложбина; г) гребень; д) седловина
Вектор, направленный перпендикулярно изобарам в сторону низкого
давления, в метеорологии называют горизонтальным барическим градиентом.
Его значение определяют отношением значения понижения давления к единице
горизонтального расстояния в направлении самого вектора.
Циклоны и антициклоны.
Циклон- это атмосферное возмущение с пониженным давлением воздуха
(минимальное значение в центре) и циркуляцией его вокруг центра против
часовой стрелки, а в южном полушарии — по часовой стрелке. (рис. 3).
На синоптических картах циклон представлен замкнутыми изобарами
(линии с одинаковым давлением) с понижением давления, характеризующего
изобары, к центру циклона.
Рис. 3
Циклон (изобары и линии тока)
а) северное полушарие; б) южное полушарие
Погода в циклоне зависит от места расположения рассматриваемого пункта
по отношению к центру циклона. Во многом она определяется значением
горизонтального и вертикального барических градиентов. В соответствии с
направлением передвижения воздушных масс (в северном полушарии — против
часовой стрелки и к центру циклона) северный и северо-западный сектора циклона всегда, а западный и северо-восточный практически всегда состоят из
холодных воздушных масс, отличающихся от других секторов циклона низкими
температурами воздуха.
Большинство циклонов имеют области выпадающих осадков, которые почти
всегда занимают его центральную часть и территории вдоль проходящих
атмосферных фронтов. В тыловой части циклона, на территориях, где прошли
осадки, можно наблюдать туманы. Другие погодные явления, в том числе
опасные (грозы, шквалы и т. п.), возможны в зонах прохождения атмосферных
фронтов.
Антициклон – это область повышенного давления с циркуляцией воздуха
вокруг центра по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой
стрелки в южном полушарии в соответствии с действием силы Кориолиса. На
синоптических картах антициклон представлен замкнутыми изобарами (линии с
одинаковым давлением) с понижением давления от центра циклона (рис. 4). В
приземном слое трения угол отклонения ветра от горизонтального градиента
давления меньше прямого и линии тока воздуха отклоняются от центра.
Вертикальный разрез антициклона показан в виде изобарических поверхностей.
Рис. 4
Антициклон (изобары и линии тока)
а) серенное полушарие; б) южное полушарие
В центре антициклона преобладает нисходящее течение воздуха с
вертикальной составляющей порядка десятков — сотен метров в сутки. С
оседанием воздуха и адиабатическим его нагреванием связаны постепенное
повышение температуры и ясная или малооблачная погода.
Суточная амплитуда температуры у поверхности земли в антициклоне
достаточно велика, так как при постоянно безоблачном небе земная поверхность
днем интенсивно нагревается под воздействием солнечной радиации, а ночью
охлаждается из-за радиационного излучения Земли. Поэтому нередко в условиях
антициклона наблюдают ночные заморозки на почве.
Скорость ветра определяется частотой изобар, при этом особо следует
заметить, что при одинаковом горизонтальном барическом градиенте в
антициклоне и циклоне она будет больше в антициклоне, так как центробежная
сила в этом случае совпадает с направлением барического градиента. Однако в
циклоне, как правило, наблюдаются гораздо большие горизонтальные барические
градиенты, а потому и скорость ветра в них больше.
7. ВЕТЕР И МЕТОДЫ ЕГО ИЗУЧЕНИЯ
Ветром называют горизонтальное перемещение воздуха относительно
земной поверхности.
Ветер способствует обмену массами воздуха, поддерживая
постоянство газового состава атмосферы. Отрицательное действие
ветра – усиление непродуктивного испарения с поверхности почвы,
способствует проявлению почвенной засухи, ветровой эрозии почв,
усиление повреждений растений во время суховеев. Скорость ветра и
его направление необходимо учитывать при внесении удобрений, при
проведении химических обработок от вредителей, особенно если они
проводятся с самолетов или вертолетов. Направление господствующих
ветров необходимо знать пори закладке лесополос, посева кулисных
растений, при выпасе скота на отгонных пастбищах, при строительстве
заводов, фабрик. Ветер характеризуется направлением, скоростью и
порывистостью.
Скоростью ветра называют горизонтальную составляющую скорости
перемещения воздуха относительно неподвижной точки земной поверхности.
Скорость ветра является вектором и характеризуется числовыми значениями и
направлением. Единица измерения скорости м/сек, км/час.
Направление ветра - часть горизонта, откуда дует ветер. Направление
ветра обычно определяют по восьми румбам горизонта (странам света) или в
градусах, начиная от северного румба по часовой стрелке.
Ветровые коридоры - это вытянутые понижения и прилегающие склоны,
продуваемые ветром, в которых при определенных направлениях ветра
происходит усиление его скорости и формирование пылевато-воздушных
потоков. В ветровом коридоре скорость ветра усиливается в 1,5-2,5 раза в
сравнении с окружающими ровными поднятиями.
В Ставропольском крае выделяют следующие ветровые коридоры:
1. Армавирский – Армавир-Невинномысск, по течению Кубани
2.Черкесский–Пятигорск-Суворовская-Кубанское водохранилище
3.Невинномысский (Правокубанский) – от Воровсколесской к
Невинномысску
4.На западной части Ставропольской возвышенности –Сенгилеевский,
Новомарьевский, Рождественский, Темнолесский
5. На северной части Ставропольской возвышенности – Дубовский.
7.1 Приборы для измерения скорости и направления ветра.
Приборы, служащие для измерения скорости ветра, называются
анемометрами (анемометр ручной чашечный). Приборы для измерения скорости и
направления ветра называются анеморумбометрами (флюгер Вильда). Приборы,
регистрирующие скорость и направление ветра называются анемографами –
самописец ветра М-63.
Первый простейший прибор – приспособление для определения
направления ветра - ветровой конус – это матерчатый конической формы рукав,
широким концом натянут на металлическое кольцо.
Суточный ход скорости ветра зависит в первую очередь от
температуры воздуха. Максимальные величины отмечаются в дневное
время, после полудня, минимальные – перед восходом солнца.
Суточные колебания скорости более резко выражены в теплый период
и меньше зимой.
Флюгер станционный (флюгер Вильда) стр. 178 Практикум Виткевич.
Устройство: 1 железная трубка одета на вертикальную ось и может на ней
свободно вращаться 2. на нижнем конце оси неподвижно закреплены 8 указателей
румбов, к одному прикреплена буква С (север) 3. второй узел - чуть выше
закреплена флюгарка с противовесом, она состоит из 2 металлических пластинок,
скрепленных под углом 20гр. Такая форма делает ее на ветру более устойчивой.
4. третий узел – на верхнюю часть трубки прикреплена горизонтальная планка к
одному концу которой прикреплена дуга со штифтами (8 штук), на другом концепротивовес. Вдоль планки прикреплена доска. Она может поворачиваться вместе
с осью и отклоняться от вертикального положения в сторону хвоста флюгарки.
Легкая доска – весом до 200 грамм, измеряет скорость ветра до 20 м/сек, тяжелая
доска- 400 грамм – до 40 м/сек.
Устанавливают флюгер на мачте высотой 10-12 м, чтобы воздушный
поток не экранировался окружающими предметами и не искажался ими.
Наблюдения: наблюдатель должен стать около столба под указателем
направления ветра и в течение 2 минут следить за положением флюгарки – она
указывает, откуда дует ветер. Затем в течение 2 минут следить за положением
отклонения доски по штифтам, затем по градуировочной таблице перевести
значения в м/сек. Например, номер штифта от 1 до 2 – скорость ветра- 3 м/сек.,
штифт №2- скорость –4 м/сек. (см стр. 179 Практикум Виткевич).
Номера штифтов считаются снизу вверх от 0 до 7. Для наблюдений ночью
на столбе укрепляется электрическая лампочка. Если отсутствуют приборы, то
можно о скорости ветра судить по следующей условной шкале БОФОРТА (см.
стр. 180 Практикум Виткевич).
Анемометр ручной чашечный (стр. 173 Практикум Виткевич).
Служит для измерения скорости ветра. Устройство: к верхнему
концу оси прикреплена проволочная крестовина, на ней закреплена
чашечная вертушка. Вогнутые части всех чашек направлены в одну
сторону, выпуклые – в другую. Давление ветра на вогнутую
поверхность больше, чем на хорошо обтекаемую выпуклую
поверхность полусферической чашки.
Сила давления ветра на чашку 2 стремится повернуть всю вертушку
вокруг оси по часовой стрелке, она больше силы давления на выпуклую
поверхность чашки 4, которая стремится повернуть вертушку против
часовой стрелки. В результате этого вертушка будет поворачиваться по
часовой стрелке. Круговые движения чашечной вертушки передаются
зубчатым колесикам счетчика оборотов.
Стрелки на циферблате показывают число оборотов от 0 до 100это большая стрелка. Малые стрелки показывают целые сотни и тысячи
оборотов. Сбоку есть арретир в виде колечка, которое служит для
включения и выключения счетчика оборотов. Снятые показания числа
делений по шкале по таблице поверочного свидетельства переводим в
м/сек. (стр. 175 Практикум Виткевич).
Пределы измерения скорости ветра анемометром – 1-20 м/сек.
Дистанционные приборы:
1. Анеморумбометр м-47. состоит из датчика скорости ветра (это флюгарка и
воздушный винт с лопастями) и измерительный пульт. В качестве
преобразователя кругового движения лопастей применяется переменный ток.
2. Анеморумбометр – м-63м (1) – измеряет мгновенную , среднюю и
максимальную скорость плюс направление ветра. Состоит из датчика,
измерительного пульта и блока питания. Датчик – четырехлопастный винт плюс
флюгарка. Блок питания – аккумуляторная батарея.
Задание к занятию
Задание 1. Провести наблюдения с помощью ручного анемометра
чашечного.
1. Извлечь прибор из футляра, установить его на стойку или держать в
руках на открытом воздухе.
2. 2.При отключенном счетчике анемометра отсчитать начальное
показание.
3. 3.Включить счетчик, выждать две минуты, выключить счетчик,
отсчитать показания. Наблюдения провести два раза.
4. 4.С помощью переводной таблицы перевести число оборотов счетчика в
м/сек.
5. Рассчитать среднюю скорость ветра из двух измерений, записать в
тетрадь.
Задание 2.
Выйти из помещения и с помощью шкалы Бофорта
определить скорость ветра, записать в тетрадь
Табл.1
Характеристика
Скорость ветра м/сек
Роза ветров
Роза ветров - графическое изображение направления ветра за месяц, сезон
или год.
В каждой точке пространства скорость и направление ветра быстро
изменяются. Такое движение воздуха называют порывистостью ветра.
За направление ветра принимают то направление, откуда он дует. Направление
измеряют в румбах.Порывистость характеризуется скачкообразными усилениями
ветра, создаваемыми небольшими вихрями; она возрастает с увеличением
скорости ветра. Порывистость — это наибольшее значение скорости ветра.
Для наглядного представления режима ветра в данном месте строят розу
ветров по многолетним наблюдениям за скоростью и направлением ветра.
Задание 3. Построить «розу ветров» по данным
_________________за _________________ (многолетние данные).
Таблица 20
Мес
яц
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
метеостанции
Штиль
Для построения «розы ветров» из одной точки по направлению основных
восьми румбов откладывают отрезки, соответствующие повторяемости
направлений ветра (%) данного румба в выбранном масштабе. Полученные точки
соединяют прямыми линиями. В центре «розы ветров» показывают число штилей:
число выражающее повторяемость штилей делится на 8, полученное значение
будет радиус окружности, проведенной в центре системы координат.
Вопросы по теме:
1. Что определяет суточный и годовой ход скорости ветра?
2. Дайте определение направлению и скорости ветра.
3. Как называются проборы, определяющие 1. Скорость ветра 2.Скорость и
направление ветра.
4. Какие ветровые коридоры Вы знаете на Ставрополье?
5. Какой день считается днем с сильным ветром?
6. Назовите приборы для определения скорости и направления ветра?
7. Что выражает «роза ветров»?
8. ПРОГНОЗЫ
Предсказание погоды — сфера деятельности синоптической метеорологии.
В синоптической метеорологии укоренились следующие прогнозы погоды,
основанные на периоде заблаговременности предсказаний: долгосрочный,
краткосрочный прогнозы и штормовое предупреждение.
Долгосрочный прогноз — прогноз погоды на срок от 3 сут и более. При этом
различают долгосрочный прогноз малой заблаговременности — на несколько
суток, неделю и прогноз большой заблаговременности — на месяц, сезон, год.
Предсказание погодных явлений на срок более 1 года следует классифицировать
уже как климатические предсказания.
Краткосрочным прогнозом считают прогноз погоды сроком до 3 сут.
Штормовое предупреждение — предсказание опасного метеорологического
явления с заблаговременностью от 1 до 24 ч.
8.1 Синоптические карты погоды
Синоптическая карта погоды по сути — это географическая карта, на
которую цифрами и символами нанесены результаты наблюдений на сети
метеорологических станций в определенные моменты времени. Такие карты
повсеместно регулярно составляют синоптики по нескольку раз в сутки. Их
анализ является основой для краткосрочных прогнозов погоды.
Рис. 5.
Приземная синоптическая карта
Для
представления
территориального
распределения
основных
метеорологических явлений в мировой практике принято несколько раз за сутки
составлять синоптическую карту, по которой можно более объективно оценить
синоптическую ситуацию в ближайшие прошедшие часы наблюдений за погодой
и более верно дать краткосрочный прогноз погоды для конкретной территории.
Наряду с комплексом снимков и данных, получаемых со спутников, это
обязательный инструмент синоптиков. На синоптическую карту наносят данные
наблюдений, полученных с большого числа метеостанций и кораблей. Такие
карты обрабатывают в специальных метеорологических центрах, и они содержат
первичный анализ барических систем и расположения фронтальных разделов. Для
конкретных небольших регионов составляют региональные синоптические карты,
которые содержат данные наблюдений не только с метеостанций, входящих в
систему ВМО, но и местных метеостанций, позволяющих более детально учесть
специфические местные условия формирования погоды.
Синоптическую карту составляют, нанося условные знаки, обозначающие
метеорологические характеристики, вокруг географических пунктов, имеющих
метеостанции. Все данные наносят в определенном порядке, называемом схемой
наноски. Пример наноски по сокращенному варианту международного кода
показан на рисунке 9.2. При необходимости схема может быть более или менее
подробной.
Обработка метеорологических данных, нанесенных таким образом на карту, в
первую очередь предусматривает проведение изобар (линии с одинаковым
давлением). Только после их проведения можно установить области с
повышенным (антициклоны) и пониженным (циклоны) давлением, а также другие
барические системы. Очень важно выделить на карте зоны с понижающимся и
повышающимся давлением, что можно сделать на основе анализа величины и
характеристики барической тенденции, информация о которой расположена на
схеме наноски справа от пункта метеорологических наблюдений. Далее, после
выделения зон с характерными осадками (обычно с помощью соответствующей
штриховки), анализа характеристик облачности и ветра можно достаточно
объективно провести на карте соответствующие фронтальные разделы воздушных
масс. Их обычно изображают особыми линиями: холодный фронт — линией с
треугольниками, обращенными в сторону перемещения фронта; теплый фронт —
линией, на которой полукружки направлены также в стороны его движения; на
линии фронта окклюзии треугольники и кружки чередуются. На карте также
выделяют пункты и зоны с опасными явлениями, такими, как грозы или туман,
заморозки и т. п.
Анализируя синоптические карты, составленные за смежные сроки
метеорологических наблюдений, например с разницей во времени 3 ч, можно
достаточно объективно оценить скорость и направление перемещения основных
барических систем и фронтальных разделов. Такой анализ существенно уточняет
краткосрочный прогноз погоды в конкретных регионах.
В современных условиях для большинства регионов синоптические карты
составляют,
анализируют
и
передают
в
обработанном
виде
из
гидрометеорологических центров посредством факсимильной передачи.
8.2 Агрометеорологические прогнозы
При разработке методов агрометпрогнозов основное внимание уделяется выбору
наиболее значимых и лимитирующих факторов из всего комплекса условий.
Наиболее значимы те, которые изменяются медленно и во многом определяют
будущие условия формирования урожая сельхозкультур. Они называются
инерционными факторами. К ним относятся: запасы влаги в метровом слое
почвы, состояние растений, густота, площадь листовой поверхности, высота
растений, число колосков в колосе зерновых колосовых культур и т. д.
Для выбора агрометеорологических факторов, оказывающих наибольшее
влияние на прогнозируемую переменную используется корреляционный и
регрессионный анализ с применением ЭВМ.
Таким образом, основа методов агрометеорологических прогнозов –
многофакторные зависимости прогнозируемой переменной от значений
предикторов на дату составления прогнозов. Оправдываемость агрометпрогнозов
достаточно велика – 80-95, и около 100%.
Основные виды агрометеорологических прогнозов :
- сроков сева сельхозкультур
- условий перезимовки и состояния на момент возобновления вегетации озимых
культур
- запасов влаги в почве на начало весны
- прогнозы урожайности
- сроков созревания культур
- условий уборки
Содержание прогноза:
- оценка исходного положения
- вероятностное развитие дальнейших агрометусловий
- оценка предполагаемой погоды
- установление связи ожидаемых условий и требований сельхозкультур
- вывод и рекомендации по агротехническим мероприятиям.
При прогнозировании запасов продуктивной влаги в почве к началу
весны, наиболее значимые факторы это: осенние запасы влаги в почве,
количество осадков за зимний период или запасы воды в снеге.
В фенологических прогнозах (когда прогнозируются даты наступления
определенных фаз развития растений) используются данные по температуре
воздуха за межфазные периоды, суммы активных и эффективных температур.
При прогнозировании величины урожая например озимой пшеницы
определяющее значение имеют число стеблей весной в период роста стебля и
колошения, запасы влаги в слое почвы 0-100см на фазу выход в трубку и
колошение, высота на колошение, температура воздуха , осадки, испарение, число
колосков в колосе.
8.3
Предсказание заморозков
Заморозком называется понижение температуры воздуха или поверхности
почвы (травостоя) до 0°С и ниже на фоне положительных средних суточных
температур воздуха.
Они в зависимости от времени наступления и интенсивности могут
частично или существенно повредить сельскохозяйственные
культуры,
полностью их уничтожить или снизить урожай.
Информация об интенсивности заморозков, сроках их прекращения весной
и возникновения осенью широко используются для оценки заморозкоопасности
территорий, размещения теплолюбивых культур, установления сроков посева и
уборки сельскохозяйственных культур, выбора способов защиты от этого
явления. Наиболее опасны поздние весенние заморозки и ранние осенние
заморозки, совпадающие с периодом активной вегетации растений и
ограничивающие использование агроклиматических ресурсов вегетационного
периода в сельскохозяйственном производстве.
По интенсивности заморозки делятся на слабые, средние и сильные.
Слабыми заморозками принято считать заморозки при которых t ° воздуха не
опускается ниже –2°, при средних заморозках t ° воздуха колеблется от-2° до-5°.
Сильные заморозки при t ° воздуха от –5° и ниже. По времени возникновения
заморозки бывают весенние, летние (но не на Ставрополье) и осенние. По
длительности действия они делятся на продолжительные (более 12 часов),
средней продолжительности (5-12 часов), и кратковременные (до 5 часов).
На территории Ставропольского края обычно последние заморозки на
равнинной части территории заканчиваются в середине апреля, а первые
начинаются в середине октября. Шпаковский район это 4 - 5 агроклиматический
район. Продолжительность безморозного периода составляет 180-195 дней.
Последний заморозок весной на территории г. Ставрополя интенсивностью 0° в
воздухе отмечается 6-12.04, на почве - 20-26.04, интенсивностью –2° в воздухе –
26,03-1,04, на почве –26.03-1.04. Дата первого заморозка осенью: Ставрополь
интенсивность 0°, воздух - 26.10-4.11, почва - 15-24.10, интенсивностью –2° в
воздухе 6-15.11, на почве - 15-24.10.
Интенсивность заморозков измеряется в зависимости от
местонахождения.
Таблица 21
Местоположение
Вершины склонов
Долины в холмистой
местности
Долины в горах
Котлованы
Города
Изменение интенсивности заморозков
От
до
+2
-1,5
-4
-2
-4
-2
-5
-6
-3
Форма рельефа, ориентация склонов и подстилающая поверхность,
наличие водоемов обуславливают изменения сроков прекращения и появления
заморозков. Как указывает климатолог Гольцберг, эти изменения могут достигать
20-30 дней. Широкие долины, бугры, южные и восточные склоны всегда теплее
других форм рельефа. Наиболее морозоопасными являются различные
понижения, котлованы.
Заморозки в крае отмечались 6.04.1999 года, tmin в воздухе = -4,-6°С, 69.05.1999 года, tmin = -0,-4 °С, ; 3-5.04.2004 года tmin воздуха = -4-7°С, а в
западных районах края до –7…-11°.
Общий ущерб составил 1245 млн. руб. повреждены сады на площади 3400
га, виноградники –2,5 тысячи га, 21.05.2005 года tmin в воздухе = -0,8°С , на
поверхности почвы до –1°, повреждены посевы овощных культур, ущерб – 28
тыс. руб.
4-5.05 и 14.05 2005 году t min в воздухе = -3…-4°С в северной половине
края ущерб составил 217 тыс. руб.
Типы заморозков:
Адвективные заморозки – возникают вследствие вторжения холодной
массы воздуха с температурой ниже 0°С. Низкие температуры наблюдаются не
только в приземном слое воздуха, они могут распространятся во всей массе до
больших высот. Адвективные заморозки могут продолжаться несколько суток
подряд, охватывать большие территории и сопровождаться облачной и ветреной
погодой.
Радиационные заморозки – возникают в тихие ясные ночи при
относительно низких средних суточных температурах, вследствие интенсивного
излучения тепла деятельной поверхностью, охлаждения ее и прилегающего слоя
воздуха. В период радиационных заморозков понижается температура только
поверхности почвы или приземного слоя воздуха небольшой толщины. Выше
этого слоя располагается более теплый воздух, т.е. в приземном слое воздуха
образуется инверсия температуры. Разность температур на h = 2 м (будка) и на
поверхности почвы или в травостое составляет в среднем 2,5-3,0°С. Наиболее
низкая температура воздуха в тихие ясные ночи отмечается на h = 2-5 см над
поверхностью почвы, температура на оголенной почве выше на 1-3°, чем на h = 2
м. Интенсивность и продолжительность радиационных заморозков зависит от
рельефа подстилающей поверхности, влажность почвы и воздуха и т.д.
Продолжительность - в течение ночи, и могут повторяться в течение длительного
периода.
Адвективно - радиационные заморозки – смешанные образуются при
вторжении холодной воздушной массы и последующего ее выхолаживания за
счет ночного излучения. Наблюдаются, как правило, в конце весны и начале лета,
и ранней осенью. Интенсивность их не велика (-2°…-3°), отмечаются обычно на
поверхности почвы или травостоя в ночные часы, главным образом перед
восходом солнца и продолжаются 3-4 часа.
Заморозки на поверхности почвы весной заканчиваются позже, а осенью
начинаются раньше, чем в воздухе, поэтому беззаморозковый период на почве на
20-30 дней короче, чем в воздухе.
Распространение заморозков, их вероятность.
Период между датой самых поздних весенних и датой самых ранних
осенних заморозков называется беззаморозковым. Детальные исследования
заморозков на территории СССР выполнены климатологом Гольцберг И.А.
В северных районах территории России заморозки возможны во все
месяцы теплого периода. Продолжительность беззаморозкового периода
колеблется от 90 дней на севере до270 дней на юге. Раньше всего заморозки
заканчиваются на Черноморском побережье Кавказа – в конце февраля и
беззаморозковый период равен 300 дней. Здесь возделываются субтропические
культуры: чай, мандарины, хурма, фейхоа, инжир, дикорастущие пальмы,
магнолии (агрометстанция Сочи), лимон, персик.
Восточная Сибирь – заморозки прекращаются во второй половине мая –
начале июня.
Осенние заморозки: на севере и востоке ЕТС – конец августа, на
Черноморском побережье – декабрь. Широтное направление изолиний средней
даты начала и прекращение заморозков Гольцберг составила графики вероятности
прекращения или начала заморозков различной интенсивности. В справочниках
по агрометеорологическим ресурсам обязательно дается характеристика
заморозков.
Предсказание заморозков по способу Михалевского
1. Если к 21 часу температура точки росы меньше +2 °С, то при
безоблачной погоде и безветрии заморозок возможен, но температура точки росы
равная +2°С может быть при разных температурах, далеких от 0°С, - не точный
прием.
2. Из показаний смоченного термометра в 13 и 21 час вычесть
определяющего величину из таблицы стр. 242 практикум. Например из
температуры воздуха в 13 часов вычитается 3,5 °С,, из температуры в 21 час – 1,9
°С,. Метод также не точный, т.к. температура воздуха берется на высоте
метеорологической будки ( 2м). Необходимо еще вводить поправку на высоту
растений.
3. Заморозок определяется по графику на стр.242 Практикум – это метод
Броунова. Здесь учитывается температура воздуха в 13 и 21 час.
4. Используются значения абсолютной влажности воздуха ( по графику на
стр. 244).
5. По формулам.
6. Метод непрерывных наблюдений. стр. 246. Практикум.
В настоящее время заморозки хорошо с заблаговременностью 1-3 суток
предсказывалось синоптиками.
Формула Михалевского:
t min В = t1 – ( t – t1) *С ± А
t min П = t1 – ( t – t1) *2С ± А
t min В – ожидаемая минимальная температура в воздух
t min П - ожидаемая минимальная температура почвы
t – t– по сухому термометру в 13 часов.
t1 – температура по смоченному в 13 часов.
С – коэффициент, зависящий от влажности воздуха в 13 часов
(f=100% - С=5,0 ;
f=45% С=1,0; f =70% С=2,0 ; f=15% С=0,3
Если рассчитанная минимальная температура получается ниже –
минус 20С – заморозок возможен,
при t0= -20+20С – заморозок вероятен,
при t0>+2гр. - маловероятен.
Корректировка по облачности производится в 21 час.:
небо ясное, то температура уменьшается на 20 (А = -2)
облачность 4-7 баллов - А=0
полная облачность А = 20
На торфяно-болотистых почвах северо-запада России
по формуле Меджитова:
tВ=0,80t+0,09 f –14,1
tП= 0,78t+0,11 f –18,3
t, f – температура и относительная влажность воздуха в 13 часов.
Влияние заморозков на сельскохозяйственные культуры.
Устойчивость растений к заморозкам и степень их повреждения зависит от
многих факторов: времени наступления, интенсивности и продолжительности
заморозков, скорости и условий оттаивания растений, состоянии самих растений –
фазы развития, вида, сорта.
Температура, ниже которой растения повреждаются или гибнут,
называется критической. В.Н.Степанов выделил 5 групп полевых растений по
устойчивости к заморозкам продолжительностью 5-6 часов критических
температур повреждения сельскохозяйственных культур заморозками.
Методы защиты от заморозков:
1. Дымление – повышение температуры подстилающей поверхности и приземного
слоя воздуха под дымовой завесой. Дым, в утренние часы, закрывая растения от
солнца способствует более медленному и равномерному их оттаиванию ткани
растений. Дымовая куча состоит из 1. солома, 2. стружки, 3.дрова, 4.листва, 5.
солома, 6.навоз, 7. ботва, сверху земля.
2. Обогрев горелками, пленочные укрытия.
3. Полив, дождевание.
4. Более поздний посев.
5. Подбор скороспелых сортов.
6. Выбор менее заморозкоопасных участков.
Устойчивость растений к заморозкам и степень их повреждения зависит от
многих факторов: времени поступления, интенсивности и продолжительности
заморозков, скорости и условий оттаивания растений, состояние самих растений:
фазы развития, вида, сорта.
Температура ниже лот. Растения повреждаются или гибнут, называется
критической.
В.Н. Степанов выделил 5 групп полевых растений по устойчивости к
заморозкам продолжительностью 5-6 часов.
Минимальные критические температуры для различных с/х культур в
разные фазы развития изменяются в широких пределах. Одни растения
выдерживают понижение температуры до –7, -10° С, другие погибают при
температуре = -1…-0° С. Поэтому для с/х производства необходимо знать не
только понижение температуры до 0° С, но и предел, до которого она может
понизиться. Например, понижение температуры до –2° С не опасно для всходов
ячменя, овса, которые повреждаются только при температуре -8°-9° С, но опасно
для всходов картофеля, огурцов. Мероприятия по борьбе с заморозками
позволяют значительно уменьшить или свести, на нет вредное воздействие
заморозков и тем самым сохранить урожай сельскохозяйственных культур.
Методы защиты от заморозков:
1. Дымление – повышение температуры подстилающей поверхности и
приземного слоя воздуха под дымовой завесой. Дым в утренние часы закрывая
растения от солнца способствует более медленному и равномерному их
отращиванию тканей растений – дымовые кучи температура больше на 1 -2° С.
2. обогрев (горелка), пленочные укрытия.
4. полив, дождевание.
5. более поздний посев
6. подбор скороспелых сортов
7.выбор менее заморозкоопастных участков.
Минимальные
критические
температуры
для
различных
сельскохозяйственных культур в разные фазы развития изменяются в широких
пределах. Одни растения выдерживают понижение температуры до –7, -10° С,
другие погибают при температуре –1…-0° С, поэтому для сельскохозяйственного
производства необходимо знать не только понижение температуры до 0° С, но и
предел, до которого одна может понизится. Например, понижение температуры
до –2° С не опасно для всходов ячменя овса, которых повреждается только при
температуре –8° - -9°С, но опасно для всходов картофеля, огурцов.
Мероприятия по борьбе с заморозками позволяют значительно уменьшить
или свести на нет вредное воздействие заморозков и тем самым сохранить урожай
сельскохозяйственных культур.
Задание:
Задание 1. Рассчитать по исходным данным ожидаемую ночную минимальную
температуру по способу Михалевского:
t min В = t1 – ( t – t1) *С ± А
t min П = t1 – ( t – t1) *2С ± А
Элементы:
t min В – ожидаемая минимальная температура в воздуха
t min П - ожидаемая минимальная температура почвы
t – t– по сухому термометру в 13 часов.
t1 – температура по смоченному в 13 часов.
С – коэффициент, зависящий от влажности воздуха в 13 часов
(f=100% - С=5,0 ;
f=45% С=1,0; f =70% С=2,0 ; f=15% С=0,3
Задание 2: Указать причины возникновения заморозков.
Задание 3: Дать определение данного типа заморозков
Вопросы по теме:
1. Что называется заморозком?
2. Типы заморозков и их условия возникновения.
3. Географическое распространение заморозков на территории России.
4. Влияние местоположения на интенсивность , сроки прекращения и наступления
заморозков.
5. Методы защиты сельскохозяйственных культур от заморозков.
8.4
Прогноз запасов влаги
Водный режим почв вообще и режим увлажнения корнеобитаемого слоя
почвы в частности, а также влагообеспеченность сельхозкультур остаются
актуальной проблемой сельскохозяйственного производства, так как значительная
часть пахотных земель России и Ставропольского края находится в районах,
нуждающихся в мелиоративных мероприятиях.
Информация о влажности почвы, об агрогидрологическом районировании
представляет значительный интерес для установления рациональных норм
орошения и разработки технологии возделывания сельхозкультур. Уже по
осенним влагозапасам в почве можно судить о степени их увлажнения к весне,
если известны общие закономерности формирования влаги в почве в зимневесений период. Восполнение недонасыщения почвы влагой с осени происходит к
весне в результате внутрипочвенного передвижения влаги и проникновения
зимне-весенних осадков. Общие закономерности этих процессов проявляются в
многолетнем режиме влажности почвы, в динамике средних многолетних запасов
продуктивной влаги в почве.
Многолетние запасы продуктивной влаги и их пространственная
изменчивость могут быть использованы для сравнительной оценки увлажнения
почв каждого конкретного года. Такая оценка дает некоторое представление о
влагообеспеченности сельхозкультур в текущем году.
Влажность почвы характеризуется значительными колебаниями во
времени и в пространстве. В Росгидромете наблюдения за влажностью почвы
проводятся с 30-х годов. Отбор проб почвы проводится с помощью бура
почвенного АМ-16, лабораторный метод- термостатно-весовой.
На ЕТС более 600 станций определяют запасы влаги в почве.
"Почвенная влага - элемент климата почв и влагообеспеченности
растений " - А.Р. Кельчевская.
Почвенная влага - это объект многосторонних исследований:
- она является одним из основных компонентов самой почвы, т.к.
непосредственно содержится в ней; она является важнейшим фактором
почвообразования и почвенного плодородия. Формирование почвенного профиля
есть результат передвижения различных веществ в почвенной толще с помощью
влаги.
- влага в почве - один из основных факторов почвенного климата. Климат
почв - это многолетний тепловой, водный и воздушный режим почвы, тесно
связанный с климатом атмосферы, растительностью, рельефом, характером
почвообразующих пород и т. д. Особенности почвенного климата определяют
динамику
веществ
в
почвенном
профиле,
направление
процесса
почвообразования и степень плодородия почвы.
Почвенная влага в корнеобитаемом слое является почти единственным
источником водоснабжения растений и одним из основных факторов
фотосинтеза. Известно, что на большей части нашей планеты фотосинтез
ограничен главным образом количеством необходимой воды. Влажность почвы
характеризует содержание в ней воды. Режим влажности почв характеризуется
наличием в ней различных категорий влаги. По А.А.Роде почвенногидрологические "константы" являются теми пороговыми значениями влажности
почвы,
которые
ограничивают
этот
интервал.
Это:
максимальная
гигроскопичность, наименьшая влагоемкость, капиллярная, полная влагоемкость,
непродуктивная влага, влажность устойчивого завядания.
Прогноз запасов влаги к началу вегетационного периода составляется
для тех районов, где запасы влаги в метровом слое почвы к концу осени не
достигают наименьшей влагоемкости, т.е. на юге нашей страны и в том числе на
территории Ставропольского края. Запасы влаги в почве на начало весны
приобретают решающее значение в технологии выращивания сельхозкультур.
Зная запасы влаги на весну, можно более правильно судить об ожидаемых
условиях развития сельхозкультур, уточнить агротехнические приемы
выращивания яровых культур.
Кто же из агрометеорологов занимался разработкой этого прогноза
применительно к разным сельхозкультурам:
Л.А.Разумова провела фундаментальные исследования процессов
динамики почвенной влаги в холодный период года и установила, что
увеличение запасов влаги весной зависит главным образом от количества
выпавших осадков за осенне-зимне-весенний период и насыщенности почвы
влагой осенью.
Запасы влаги в почве под яровой пшеницей рассчитываются по методу
С.А.Вериго; для картофеля и трав - по уравнениям А.Б.Мастинского; для
кукурузы - по уравнениям Ю.И.Чиркова, Е.С.Улановой; для подсолнечника - по
П.Е.Миусскому. Ожидаемые запасы влаги под яровой пшеницей проводятся по
графическим зависимостям Конторщикова С.И. . Он дал девять графических
зависимостей для различных периодов вегетации яровой пшеницы.
Ожидаемые запасы влаги в почве можно рассчитать, если к исходным
запасам прибавить сумму выпавших осадков и вычесть величину сумарного
испарения. Для ЕТС, где грунтовые воды залегают глубоко и в весенний период
может быть недонасыщение почвы влагой для расчета ожидаемых запасов влаги в
почве используются следующие уравнения:
для зоны с устойчивой зимой y = 0,115x + 0,56h - 20
для зоны с неустойчивой зимой y = 0,21x +0 ,62h - 33
где y - изменение запасов продуктивной влаги в слое 0-100см за период от
даты последнего определения влажности почвы осенью до даты перехода
температуры воздуха через+5° весной
х - количество осадков (мм) за период с последнего определения
влажности осенью до даты составления прогноза (14 февраля) + осадки
ожидаемые до даты перехода температуры через +5° весной.
h - недостаток насыщения почвы влагой в слое 0-100см осенью (т.е.
разность между НПВ и исходными осенними запасами влаги).
Прогнозируемые запасы влаги наносятся на карту и делается
районирование по влагообеспеченности территории.
Прогноз запасов влаги по уравнению И.В.Свисюка
На территории Северного Кавказа предложен метод определения запасов
влаги в почве И.В.Свисюком (г.Ростов - на - Дону). Метод основан на связи
глубины промачивания почвы с наименьшей влагоемкостью и запасами
продуктивной влаги в почве на начало весны. Этот прогноз дается в разрезе
хозяйств и административных районов. Глубина промачивания почвы (ГПП)
определяется путем бурения скважины и дальнейшими расчетами.
ГПП = 47,31-0,00046 а1 - 0,2 -0,779а3 +10,504 а4
а1 - сумма осадков сентябрь-май
а2 - сумма отрицательных температур за зимний период
а3 - % осадков сентябрь-октябрь от суммы осадков сентябрь- март
а4 - средняя ГПП весной прошлого года на поле с озимой культурой
Прогноз составляется 21 февраля
F=0,35а +19,0
где F- средняя ГПП,
а – средняя по району сумма осадков за зиму
О запасах влаги на территории Ставропольского края
Условия влагообеспеченности сельхозкультур хорошо характеризуются
данными влажности почвы.
2-й агроклиматический район – запасы влаги в 0-100 см слое почвы на
весну =102-140мм, осенью – 71-120мм.
3-й агроклиматический район –запасы весной =111-137мм, осенью =7298мм
4-й агроклиматический район – запасы весной =164мм, осенью =132мм
5-й агроклиматический район – запасы весной =122-171, осенью =112114мм.
В течение вегетации запасы влаги под сельхозкультурами постепенно
убывают. Наиболее низкие они под озимыми культурами в конце июня – начале
июля (10-30мм на востоке и 60-80мм на юго-западе в метровом слое почвы). Под
пропашными культурами запасы влаги минимальные во второй половине августа
-20-30мм по восточным районам и 60-70мм по юго-западным районам. К концу
осени запасы влаги в почве постепенно возрастают.
В целом потребность озимых культур во влаге на большей части
территории Ставропольского края удовлетворяется на 60-80%, в предгорных
районах – на 100%.
Хуже удовлетворенность во влаге у пропашных культур.
Влагообеспеченность кукурузы в равнинных районах края составляет 40-60% от
оптимальной нормы и до 85% в предгорных районах.
Вывод: большая часть территории края расположена в засушливой зоне –
зоне недостаточного увлажнения и для получения высоких устойчивых урожаев
сельхозкультур необходимо орошение. При почвенной засухе запасы
продуктивной влаги в почве понижаются до 50мм и менее , или метровый слой
почвы пересыхает полностью.
Так во время засухи 2003 года в восточных и центральных районах не
было эффективных осадков с конца апреля по 30 июня . В мае сумма осадков в
среднем по краю составила 38мм (69% нормы). в июне – 34мм(49% нормы). На
8.06 запасы влаги под озимыми культурами в пахотном слое почвы понизились до
10мм и менее; на востоке края пахотный слой почвы был сухим полностью. В
метровом слое почвы запасы влаги были 3-20мм, на многих полях в Петровском,
Благодарненском, Буденновском районах метровый слой почвы был сухим
полностью.
Задание:
Задание 1. Дать
характеристику запасов влаги на территории
Ставропольского края по агроклиматическому районированию.
Задание 2. Сделать прогноз запасов влаги к началу вегетационного периода
по агроклиматическому районированию для зоны с устойчивой зимой
по
уравнению
y = 0,115x + 0,56h - 20
Задание 3. Сделать прогноз запасов влаги к началу вегетационного периода
по агроклиматическому районированию для зоны с неустойчивой зимой по
уравнению:
y = 0,21x +0 ,62h - 33
Задание 4. Сделать прогноз запасов влаги по уравнению:
ГПП = 47,31-0,00046 а1 - 0,2 -0,779а3 +10,504 а4
Оценка запасов влаги в слое почвы 0-100 см по фазам развития
озимой пшеницы.
Таблица 22
Межфазный период
Возобновление
вегетации
Выход в трубку –
цветение
Цветение – восковая
спелость
Запасы влаги (мм)
Менее 80
80-100
101-140
141-160
161-200
Менее 60
60-80
81-110
111-125
126-175
Менее 30
30-40
41-80
Оценка влагозапасов
Плохие
Недостаточные
Удовлетворительные
Хорошие
Отличные
Плохие
Недостаточные
Удовлетворительные
Хорошие
Отличные
Плохие
Недостаточные
Удовлетворительные
81-100
101-125
более 125
Хорошие
Отличные
Избыточные
Оценка запасов влаги в слое почвы 0-20 см и оценка всходов озимой
пшеницы.
Таблица 23
Запасы влаги (мм)
в почвенном слое
0-20 см
0-5
6-10
11-20
21-25
Оценка запасов влаги
(балл)
1 – очень плохие
2 – плохие
3 – удовлетворительные
4 – хорошие
5 – отличные
Оценка всходов
(балл)
0– всходы не появляются
2 – всходы сильно
изреженные
3 – всходы слабо изреженные
4 – всходы хорошие
5 – всходы отличные
26-35
Отбор проб почвы в поле и проведение лабораторных расчетов.
Влажность почвы определяется по разности между массой почвы отдельных
проб до и после высушивания. Влажность почвы выражается в % от массы
абсолютно сухой почвы, запасы влаги рассчитываются в мм. Способ определения
влажности почвы - термостатно-весовой.
Отбор проб почвы производится в теплый период один раз в декаду (7-8
числам) на полях с озимыми культурами, пропашными, травами, на зяби и на
пару. На орошаемых участках запасы влаги определяются до и после полива.
Процесс определения запасов продуктивной влаги в почве состоит из:
- полевые рабы - отбор проб почвы через каждые 10см до глубины 100
или 150см с помощью бура почвенного АМ-26. Из каждого 10-ти см слоя почвы
берется образец почвы 30-50грам в весовой стаканчик (бюкс), закрывается
крышкой. Фиксируется также фаза развития растения и его состояние.
- лабораторные работы - бюксы с сырой почвой взвешиваются на весах и
затем в течение 8-10 часов сушатся в термостате при температуре 100-105°. Затем
взвешиваются стаканчики с сухой почвой.
Запасы общей влаги в почве в каждом слое рассчитываются по формуле:
а= б В г 10/100
где: а -общий запас влаги в почве (мм)
б - влажность почвы в %
в - объемная масса 1°/см куб
г - мощность слоя (см)
10 - коэффициент для перевода запасов из см в мм
100 - коэффициент для перевода % влажности в граммы воды.
или по формуле: а =б В
8.5
АГСП (Агрогидрологические свойства почвы)
Плотность почвы - масса единицы объема сухой почвы ненарушенного
состояния (г/см кв.)
Плотность почвы пахотного горизонта =0.8-1.5 г/см кв., подпахотных
горизонтов (30-100см) =1.0-1.8 г/см кв.
Капиллярная влагоемкость - количество влаги, которую почва содержит в
капиллярах за счет подтока из грунтовых вод.
Наименьшая влагоемкость - максимальное количество влаги, которую
почва может удерживать в подвешенном состоянии после оттока всей
гравитационной влаги.
Полная влагоемкость – максимальное количество воды, которое почва
способно в себя вместить.
Влажность устойчивого завядания - влажность почвы, при которой
появляются необратимые признаки увядания растений.
Непродуктивная влага - влага в почве в виде пленок рыхлосвязанной воды,
которые не могут всосать корни растений и использовать в процессе фотосинтеза.
Продуктивная влага - количество влаги, содержащееся в почве сверх
влажности устойчивого завядания и участвующее в создании органического
вещества растений.
Визуальные
наблюдения за влажностью верхних слоев почвы проводятся ежедневно в 8-9 часов утра в теплый период года. Металлическим
шпателем или ножом берутся две пробы почвы с глубины 0-2см и 10-12см. В
зависимости от состояния почвы определяется степень ее увлажнения в баллах.
1 балл - почва избыточно увлажнена, в текучем состоянии
2 балла - почва сильно увлажнена, липкая
3балла- почва хорошо увлажнена, состоянии мягкопластичное
4 балла - почва увлажнена слабо, твердопластичная
5 баллов - почва сухая, твердая, сыпучая
6 баллов - почва мерзлая.
Суглинистая почва в мягкопластичном состоянии легко принимает
придаваемую ей форму и раскатывается руками в нити толщиной 3-4мм.
Твердопластичное состояние - в нити не вытягивается, а распадается на
небольшие куски. Для определения липкости почвы надавить комочком почвы на
кисть руки - липкая почва оставляет на ней грязный след.
Вопросы по теме:
1. Дайте определение водному режиму почв.
2. Как определяется влажность данного типа почвы?
3. Охарактеризуйте основные агроклиматические районы
Ставропольского края по условиям увлажнения.
4. Перечислите основные параметры АГСП (агрогидрологические
свойства почвы).
5. Назовите основные визуальные наблюдения за влажностью верхних
слоев почвы.
8.6 Прогноз погоды по местным признакам и народным приметам.
Люди всегда интересовались погодой, от состояния которой зависела в
далеком прошлом вся их деятельность, условия быта и самочувствие. В несколько
меньшей степени эта зависимость сохранилась и в наши дни, и интерес к
состоянию погоды, как текущей, так и в ближайшем будущем, у современного
человека также сохранился. Естественно, что постоянный интерес человека к
погоде не прошел бесследно, он нашел отражение в языке народов, пословицах,
поговорках и народных приметах, отражающих накопленный человечеством опыт
общения с природой, его наблюдательность и... оставшуюся с доисторических
времен у некоторых людей склонность к суевериям. Религиозность людей в
прошлом
способствовала
развитию
некритического
восприятия
действительности, укоренению некоторых представлений, которые они брали на
веру, следуя «пророчествам» различного рода ложных авторитетов,
спекулировавших на невежестве соплеменников,— всяких прорицателей,
знахарей, заклинателей, шаманов, колдунов и тому подобных служителей
культов.
За состоянием погоды постоянно наблюдают не одни профессиональные
метеорологи, и не одни они размышляют о предстоящих переменах в погоде.
Этим повседневно вольно или невольно приходится заниматься многим людям,
связавшим свою профессию с природопользованием. Это необходимо сельским
жителям, рыбакам, лесникам, морякам и летчикам, как и представителям многих
других профессий, чья повседневная деятельность связана с длительным
пребыванием на открытом воздухе. Поэтому и о будущей погоде в пределах
своего района наблюдений многие люди имеют возможность относительно верно
судить не только по метеорологическим сводкам, передаваемым средствами
массовой информации, но и по так называемым местным признакам погоды.
Таковые действительно существуют, и их использование опирается на более или
менее строгую научную основу.
Научная основа местных признаков погоды.
О развитии атмосферных процессов и связанных с ним изменениях погоды
по ряду признаков можно судить по наблюдениям из одной точки на поверхности
земли, без информации о погоде в других местах, то есть без использования карт
погоды. Состояние неба - первый и самый надежный из них, и прежде всего
состояние облачности. Именно с облаками связано выпадение осадков, так же как
изменение температуры и влажности воздуха, видимости, усиление или
ослабление ветра и многое другое. Кое-что о возможном изменении погоды
может подсказать ветер: перемена его направления, изменение скорости. Ведь с
ветром перемещаются несущие с собой различную погоду воздушные массы —
холодные, теплые, сухие, влажные, устойчивые или неустойчивые и т. д. Ветры
же приносят нам некоторые виды тумана, облачность, континентальную пыль, а в
некоторых районах и песок. Если наблюдатель располагает прибором для
измерения атмосферного давления, хотя бы барометром-анероидом, а еще лучше
— барографом, и может судить о характере изменения давления, так называемой
барической тенденции, то эти данные помогут ему лучше разобраться в
происходящих в атмосфере процессах. Сопоставляя эти данные с характером
изменения облачности, он в состоянии уверенно судить о погоде на ближайшие
несколько часов. К примеру снижение атмосферного давления на фоне появления
когтевидных облаков свидетельствует о приближении циклона.
Кроме того, наблюдательный человек заметит и изменения в таких деталях
окружающего его мира, как поведение некоторых животных, насекомых, цветов и
листьев растений, состояние воды в водоемах, появление характерных запахов,
окраска зари, цвет неба, то, как выглядит днем солнце, а ночью звезды и луна...
Все эти мелочи — свидетельства происходящих в атмосфере процессов, и, таким
образом, по ним можно судить о том, что происходит в атмосфере, а
следовательно, и о том, каких можно ожидать изменений погоды. Следует
помнить, что все подобные заключения могут быть лишь приблизительными, но
ни в коей мере не категорическими. Ко всему, для успешности пользования
местными признаками очень желательны хотя бы небольшая метеорологическая
подготовка и, само собой разумеется, хорошее знание всех признаков и
объективность в их оценке: нельзя желаемое выдавать за ожидаемое, что иногда
случается с людьми увлекающимися.
Облака - предвестники грозы.
Следует иметь в виду, что характерные облака — предвестники грозы не
всегда появляются на небе с достаточной заблаговременностью. Так, о
приближении фронтальных гроз днем оповещают уже сами грозовые облака,
которые появляются при подходе атмосферного фронта, надвигающегося стеной
кучево-дождевых облаков с характерными вершинами — наковальнями, видными
издалека. Даже при отсутствии других облаков — предвестников грозы перед
фронтом наблюдатель с Земли в этом случае может распознать надвигающуюся
грозу за полчаса-час. В других случаях, когда вершина кучево-дождевого облака
не видна, а удается разглядеть лишь основание облака, так называемый
шкваловый ворот, или вымеобразные облака «мамматус», заблаговременность
предвидения грозы может быть еще меньше — всего 20—30 мин. Грозы
быстродвижущихся холодных фронтов могут быть предсказаны за час-полтора
еще по предшествующим таким фронтам характерным высоко-кучевым
линзообразным, или чечевицеобразным, облакам (Altocumulus lenticularis).
Значительно проще и легче предвидеть развитие дневных внутримассовых
гроз, не связанных с атмосферными фронтами. Общим признаком возможной
грозы в послеполуденное время является быстрое развитие в утренние часы
кучевой облачности, когда к 10— 11 ч мощные кучевые облака громоздятся на
небе бурно растущими вверх башнями, а к полудню их вершины «оплавляются»,
затем начинают как бы распыляться и становиться шире, «обрастать волосами»,
перерастать в наковальни, то есть образуются уже кучево-дождевые облака,
дающие ливни и грозы в послеполуденные или ранние предвечерние часы.
Хорошим местным признаком внутримассовых тепловых гроз является
появление на небе высоко-кучевых хлопьевидных или башенкообразных облаков
в утренние часы (Altocumulus flossus u Altocumulus castellanus). Гроза начинается
через 4—6 ч после появления таких облаков.
Радуга и прогноз погоды
Это бесспорное свидетельство выпадения дождя, освещаемого солнечными
лучами из-за спины наблюдателя. Прогностического значения этот признак, к
сожалению, не имеет, если не считать того, что наличие радуги говорит о
кратковременном характере осадков, выпадающих из отдельных облаков со
значительными просветами между ними.
Прогноз погоды по появлению ложных солнца и луны?
Побочные, или ложные, солнца и луны — оптические явления, связанные с
наличием в атмосферном воздухе большого количества мелких ледяных
кристаллов, отражающих солнечные лучи и создающих в атмосфере примерно тот
же эффект, что и зеркальная поверхность воды или гладкого льда. Наблюдатель
на земле видит проходящий через солнце обычно хорошо различимый, а иногда
едва заметный, с расплывчатыми очертаниями белый круг, лежащий параллельно
горизонту. Справа и слева от солнца на этом круге, носящем название
паргелийного, могут быть видны яркие пятна, напоминающие солнечный диск,—
так называемые паргелии, или побочные солнца. В морозную безоблачную ночь
подобная картина может наблюдаться возле луны; побочные, или ложные, луны
называются параселенами.
Для возникновения этих явлений нужны спокойное состояние атмосферы и
сильное выхолаживание приземного слоя воздуха, при котором происходит
процесс сублимации водяного пара — образование ледяных кристаллов в
морозном воздухе. Такие условия возникают обычно при антициклонической
холодной устойчивой погоде, признаком которой и являются ложные солнца и
луны.
Появление солнечных столбов и крестов.
Эти оптические явления имеют ту же природу, что и ложные солнца, но
возникают при несколько другой форме ледяных кристаллов; кроме того,
наблюдаются они обычно при низком положении солнца над горизонтом.
Солнечные столбы — довольно частое явление при сильных морозах. Они могут
быть видны ниже и выше диска солнца. Кресты (рис. 33) возникают реже — при
сочетании столбов и паргелийного круга в точках их пересечения. Те и другие —
признак устойчивой антициклонической зимней погоды, при которой обычны
сильные морозы. В прошлом у суеверных людей эти явления вызывали ужас,
воспринимались как небесный знак — предвестник голода и мора, ниспосылаемых людям в наказание за грехи. В ясные лунные ночи могут наблюдаться и
лунные столбы.
Появление гало на небе.
Симметрично располагающийся вокруг луны или солнца круг с угловым
радиусом 22° (значительно реже —46°) возникает при появлении тонких
перистых облаков, являющихся признаком поступления на высотах теплых масс
воздуха, что обычно связано с переходом к облачной погоде с последующим
выпадением осадков. Зимой это влечет за собой потепление, летом — не всегда,
поскольку переход от летней солнечной малооблачной погоды к облачной с
осадками может дать и противоположный эффект, то есть вызовет временное
понижение температуры.
Кольца вокруг солнца днем, вокруг луны ночью -признак ненастья.
Да, это достоверный признак ухудшения погоды, имеющий научное
объяснение. Кольца вокруг наших светил на небе — гало или венцы — создают
облака, начинающие закрывать небо. Чаще всего это бывает, когда начинается
натекание облачности теплого атмосферного фронта. Гало возникает при тонких
кристаллических облаках, находящихся на высоте более 7 км, а венцы — при
тонкой облачности мелкокапельной структуры, находящейся на высоте от 2 до 5
км. За этими явлениями следует обычно уплотнение облачности, понижение ее
высоты и переход к осадкам. Продолжительность этого процесса в разных
географических районах и в разные сезоны года различная, она составляет чаще
всего от 12 до 36 ч.
Что такое «ключевые дни»?
Это определенные дни в году, которые якобы определяют погоду будущего
сезона, а то и целого года, то есть являются «ключевыми» последующей погоды.
Такие дни чаще всего связывались с праздниками — Матвея, Варвары,
Свизина и др. У различных народов были разные святые, повелевавшие погодой.
Всего насчитывается около 60 «святых дней», определяющих будущую погоду.
Большинство из них предрекает дождь, и на довольно значительные сроки, вплоть
до сорокадневного ненастья после дождя в день святого Свизина. Один
английский моряк, вздумавший проверить правильность такого рода примет,
пришел к заключению, что, если исходить из «ключевых» дней, в Англии весь год
должен непрерывно идти дождь.
Ясная луна — признак мороза.
Верно в той мере, в какой всякий случай ясной безоблачной погоды зимой
может служить признаком последующего понижения температуры, вызываемого
выхолаживанием земной поверхности и приземного слоя воздуха. В данном
случае это одна из примет, имеющих под собой научную основу.
Полнолуние.
Полнолуние наступает строго закономерно в конце каждой второй четверти
лунного месяца. Хорошо известно, что чередование хорошей и плохой погоды
происходит далеко не в такой строгой последовательности, и, таким образом,
полнолуние само по себе признаком будущей хорошей погоды быть не может.
Однако полнолуние можно наблюдать только при малооблачной погоде, то есть
оно становится заметным лишь в условиях уже наступившей более или менее
хорошей погоды. Полнолуние (а точнее — возможность его наблюдать)— не
столько признак будущей хорошей погоды, сколько свидетельство ее настоящего
хорошего состояния. Кроме того, поскольку метеорологическим процессам
свойственна некоторая инерция, то есть изменения погоды не так часто
происходят внезапно, полная луна может рассматриваться и как примета
сохранения ясной погоды на ближайшее время. Но это не обязательно будут дни;
уже через несколько часов небо могут закрыть облака и погода «испортится».
Свечение луны
Лунные приметы погоды — очень древние. Еще в III веке до н. э. греческий
астроном Арат писал: «...ты можешь рассчитывать на ясную погоду, если в
возрасте трех дней серп луны блестит четкий и чистый; ветры будут
господствовать, если он будет окружен красноватым сиянием. Но если оба конца
его покажутся затупленными и он будет проливать на землю лишь слабый свет,
сильнейшие дожди затопят поля». Четкость видимого на фоне ночного неба
лунного серпа говорит о чистоте воздуха, отсутствии в нем продуктов конденсации и сублимации водяного пара. При этом, однако, не имеет значения
«возраст» луны, то есть в какой четверти она наблюдается. Неясность очертаний
лунного диска или затупленность кончиков лунного серпа — свидетельство
появления в воздухе капелек влаги или кристаллов льда, начала образования или
натекания облачности, которая принесет с собой осадки. Красноватое сияние
вокруг лунного диска — признак увеличения содержания в воздухе водяного
пара, что в условиях Пелопонесского полуострова могло быть связано с ветрами
определенного направления, скорости и продолжительности, но вряд ли это
явление можно рассматривать как признак наступления ветреной сухой погоды в
любой местности — скорее это начало общего ухудшения погоды.
Свечение шпилей башен, верхушек труб и тому подобных высоких
заостренных сооружений?
Кольцевидное или пучкообразное свечение заостренных предметов, в том
числе концов рей и топов мачт кораблей, называется огнями святого Эльма. В
далеком прошлом это явление сильно поражало воображение моряков и
воспринималось ими как предупреждение покровителя моряков святого Эльма о
приближении грозы. Суть его состоит в следующем: при усилении
электрического поля поверхность некоторых тел получает электрический заряд
высокого потенциала; вследствие этого происходит пробой электрического
сопротивления воздуха у верхушек заостренных предметов, где наблюдается
истечение электрического заряда. Таким образом, огни святого Эльма действительно являются признаком возрастания напряжения электрического поля, то
есть предгрозовой обстановки.
Изменения цвета неба.
Изменение оттенков цвета неба связано с присутствием в воздухе
различных частиц, размеры которых превышают размеры молекул газов
атмосферы. Чем больше примесей в атмосферном воздухе, тем сильнее рассеяние
света в длинноволновой части спектра и тем слабее кажется естественная
голубизна неба. Совершенно чистый, свободный от примесей воздух придает
небу яркий голубой, почти синий цвет, свойственный молекулярному рассеянию
дневного света. Сильно запыленный воздух придает небу белесоватый оттенок, а
высокая влажность и обилие продуктов конденсации водяного пара окрашивает
небо в красноватые тона. Интенсивность рассеяния света зависит от толщины
слоя атмосферы, через который проходят солнечные лучи, поэтому окраска неба
зависит от угла наклона к горизонту нашего взгляда, направленного в небо, то
есть от рассматриваемого нами участка неба: в зените цвет будет казаться более
голубым, чем в направлении горизонта.
Поскольку воздушные массы разного географического происхождения
отличаются не только разными теплозапасами, но и разным уровнем
запыленности, разным влагосодержанием, то каждой воздушной массе над данной
местностью свойственна своя окраска неба и изменение ее свидетельствует об
изменении свойств воздушной массы (ее трансформации под влиянием
взаимодействия с подстилающей поверхностью) или о приходе другой воздушной
массы. Классическая синоптика рассматривает воздушные массы в качестве
носителей погоды, и, таким образом, в той мере, в какой по изменению оттенков
цвета неба можно судить о воздушных массах, можно эти оттенки рассматривать
как признаки погоды. Например, для морского арктического воздуха характерна
яркая синева неба, его приход летом в континентальные области влечет за собой
прохладную неустойчивую погоду; при поступлении в умеренные широты с юга
теплых масс континентального тропического воздуха, отличающегося помимо
высоких значений температуры и влажности еще и большой запыленностью, небо
приобретает характерный белесоватый оттенок с едва заметной бледной
голубизной в зените и желтовато-красными тонами у горизонта.
Мерцание звезд.
Безусловно может: это признак сохранения ясной или безоблачной погоды,
как правило, стоящей уже несколько дней. Прогностическое значение этого
явления менее определенное: уверенно можно говорить, что, пока мерцание звезд
наблюдается, погода сохранится хорошая, а прекращение этого явления
свидетельствует о предстоящем изменении погоды, то есть об ее ухудшении.
Мерцание звезд прекращается с появлением облачности, в том числе очень
тонкой, высокой, поначалу незаметной для наблюдателя с поверхности земли. С
другой стороны, некоторые полагают, что усиленное мерцание звезд
свидетельствует об усилении ветра на высотах и, стало быть, может тоже считаться предвестником ухудшения погоды. Дело в том, что мерцание звезд
вызывается неустойчивостью атмосферного воздуха, в котором образуются
турбулентные микровихри — мелкие подвижные ячейки различной плотности.
Эти своеобразные воздушные линзы отражают, искривляют, рассеивают,
ослабляют, усиливают лучи света, в том числе и посылаемые звездами. Свет звезд
становится как бы непостоянным по интенсивности, а сами звезды наблюдателю с
поверхности земли кажутся мигающими. Чем больше толща атмосферы, через
которую проходит свет звезд, тем сильнее мерцание. Поэтому заметнее всего мерцание звезд у горизонта, а в зените оно слабее.
Большая масса воздуха при длительном пребывании над какой-либо
местностью (что чаще всего случается в неподвижных антициклонах)
приобретает черты неоднородности, разделяется на слои с разными свойствами.
Это связано с тем, что отдельные участки местности могут отличаться один от
другого по насыщенности влагой, изрезанности поверхности, сложности рельефа,
густоте растительности и по другим характеристикам, влияющим на процессы
тепло-, влаго- и воздухообмена, формирования турбулентных вихрей, то есть
неустойчивого состояния воздуха, которые и порождают мерцание звезд.
Появлением комет или метеорного дождя.
Нет, связи между этими явлениями природы не существует. Условия
погоды могут быть благоприятными или неблагоприятными для наблюдений за
этими явлениями, но сами по себе они развиваются независимо ни от комет, ни от
попадания различных небесных тел в земную атмосферу — будь то мелких
метеорных тел, сгорающих в верхних слоях атмосферы космических пылинок,
или более крупных — метеоритов, достигающих поверхности Земли. Таким
образом, появление комет или падение на Землю метеоритов признаком погоды
служить не может, если не считать того, что наблюдение за указанными астрономическими явлениями становится возможным только в условиях безоблачной
погоды.
Изменения погоды в поговорках.
К сожалению точное отражение характера изменений погоды в поговорках
встречается не так часто, как об этом принято думать. Русские поговорки не
составляют в этом смысле исключения. Нет смысла доказывать сомнитель-ность
ценности таких поговорок, как «Алексей божий человек — с гор потоки»
(случается, конечно, что 30 марта выпадает дождь или происходит интенсивное
таяние снега в горах) или «Екатерина мокрая» (оттепель 7 декабря возможна, но
далеко не обязательна) и т. д. Аналогичным образом обстоит дело с
французскими поговорками вроде: «Если на св. Амбруаза (4 апреля) идет снег, то
холод угрожает продолжаться 18 дней». Есть, однако, и исключения: отдельные
поговорки верно отражают существование связи между явлениями природы.
Например: «Солнце красно поутру — моряку не по нутру». Красный цвет
утренней зари и самого светила говорит о высокой влажности воздуха,
сопутствующей выпадению осадков, появлению облаков, сильного ветра, а
следовательно, и волнения на море. У английских моряков в ходу поговорка,
отражающая признак приближения холодного фронта по характерной облачности
над океаном: «Если на небе кобыльи хвосты и чешуйки макрели — поднимай на
корабле паруса». В целом не каждая поговорка — кладезь мудрости, но
встречаются и такие, хотя и редко.
Изменение направления ветра.
Следует различать изменения направления слабого неустойчивого ветра и
ветра умеренного или сильного, то есть ветра скоростью более 5—8 м/с.
Изменение направления слабого ветра чаще всего не влечет за собой никаких
изменений погоды, в особенности если при этом скорость ветра остается
небольшой (не превышает 5 м/с). Это бывает в центральных частях области
повышенного давления или в барической седловине, в так
называемой малоградиентной области между двумя циклонами и двумя
антициклонами.
Но если устойчивый по направлению умеренный или сильный ветер
начинает последовательно менять направление, то это может служить признаком
изменения погоды. Поворот ветра влево, то есть против часовой стрелки, с
последовательным его усилением часто является признаком ухудшения погоды,
связанного с приближением барической ложбины и атмосферного фронта. При
этом всегда наблюдается довольно значительное понижение давления (около 1
гПа/ч или более). Поворот ветра вправо, то есть по часовой стрелке,
происходящий быстро и при сильном ветре, часто наблюдается при прохождении
атмосферного фронта, то есть при смене воздушных масс, когда и погода резко
изменяется: в зависимости от того, какой прошел фронт, становится теплее или
холоднее, осадки ослабевают и затем прекращаются или, наоборот, усиливаются.
Давление в этих случаях всегда перестает понижаться, остается некоторое время
неизменным или же начинает быстро расти. Такие признаки изменения погоды,
как поворот ветра, более надежны, если наблюдаются одновременно с
изменением давления, и еще более надежны при сочетании с характерными
облаками — предшественниками перемен в погоде. Сам по себе поворот ветра
влево пли вправо, при неизменном атмосферном давлении или при его росте, не
сопровождающийся изменениями облачности, не следует считать признаком
ухудшения погоды, он может означать прохождение слабо выраженного гребня
высокого давления и предварять даже кратковременное улучшение погоды —
рассеяние облачности, прояснения. Для успешного пользования такими
признаками погоды, как изменение направления ветра, нужно хорошо представлять себе циркуляцию воздуха и характер погоды во всех барических
системах. Очень облегчает дело сопоставление наблюдаемого ветра с
обстановкой на схематической карте погоды, публикуемой ежедневно в
некоторых газетах (например, в «Известиях»).
Дым из печной трубы.
Известны два признака погоды по дыму из печных труб: признак хорошей
устойчивой погоды, когда дым поднимается вверх прямо, или, как говорят,
«столбом», и признак ненастной погоды с ветром и осадками, когда он, выходя из
трубы, рваными клочьями уносится ветром в сторону и даже прижимается к
земной поверхности — стелется» по земле. Дым «столбом» бывает при безветрии,
которое типично для центральной части антициклона или для барической
седловины, вне влияния атмосферных фронтов, то есть для условий погоды в
целом хороших, когда нет плотной облачности, способной давать осадки, велика
вероятность прояснений с голубым небо и с солнышком. Стелющийся по земле,
клочьями уносимый от трубы дым возможен при сильном ветре в условиях
циклонической погоды, с облаками и осадками. Признаки эти верные, но
прогностическое значение их невелико — они отражают уже существующие
условия погоды и лишь свидетельствуют об их сохранении на ближайшие часы.
Прогноз погоды по закату солнца.
Можно: уже то, что мы видим солнечный закат, свидетельствует о ясной
погоде. Кроме того, кое-что о погоде говорят цвет неба, форма и размеры
солнечного диска. Светлый золотистый цвет вечерней зари при безоблачном небе
— признак спокойного состояния атмосферы, чистого сухого воздуха и
сохранения хорошей погоды. Красная заря бывает при большой влажности
воздуха и меньшей его устойчивости, следовательно, возрастает вероятность
перемен в погоде — появления облаков, усиления ветра, но вовсе не обязательно
резкого ее ухудшения. Солнечный диск у горизонта благодаря кажущейся
сплюснутости небесной сферы представляется в несколько раз большим, чем
когда солнце находится в зените. При влажном теплом воздухе диск становится
слегка вытянутым по горизонту, приобретая форму овала, окрашивается в яркий
красный цвет; при холодном сухом воздухе он бледнеет, форма его остается
круглой, но размеры становятся меньше (все это из-за неодинакового
преломления лучей различных частей солнечного спектра, отличающихся разной
длиной волны). Если же солнце заходит за облака, появившиеся на горизонте, то
очевидна вероятность изменения погоды, связанного как раз с приходом этих
самых облаков; отсюда и широкая известность признака ухудшения погоды:
«заходящее за тучу солнце приносит дождь»; правда, категоричность этого
признака несколько сомнительна.
Что такое «бабье лето»?
Так в народе издавна называют период мягкой, солнечной, теплой, но не
жаркой погоды, которая часто устанавливается осенью, после кратковременных
похолоданий. С этими погожими днями как бы возвращается на время лето.
Продолжительность периода хорошей погоды в начале осени в разные годы
бывает различная, как и время его начала. Обычно это одна-две недели,
приходящиеся на середину сентября, но в иные годы это может быть и конец
сентября или даже начало октября. В некоторых местностях в Центральной
России «бабье лето» ждут к определенной дате — к 14 сентября; в прошлом эти
дни отмечались как сельские праздники.
С метеорологической точки зрения «бабье лето» — это первый осенний
период с устойчивой антициклонической погодой, когда ночное выхолаживание
почвы и воздуха еще не слишком сильное, а дневной прогрев хотя и существен,
но не достигает предела, который воспринимался бы как жара.
В других странах существуют свои названия этого периода приятной
погоды: например, в США он получил название «индейского лета».
Ласточки летают низко — жди дождя.
Снижение высоты полета ласточек вызвано перемещением в приземный
слой воздуха насекомых, служащих кормом для ласточек. Существует мнение,
что те комары, за которыми постоянно охотятся ласточки, чувствительны к
изменениям давления и, стремясь оставаться на уровне неизменного давления при
подходе циклонов, то есть когда давление падает, снижаются, а вслед за ними
снижаются и ласточки. А циклоны несут с собой ухудшение погоды. Таким
образом, примета верна в той мере, в какой понижение давления влечет за собой
переход к дождю. Это бывает довольно часто, но все же не всегда.
Может ли отмокание соли в солонке служить приметой дождя?
Соль в солонке может отмокнуть при высокой влажности воздуха,
независимо от того, с чем связано это повышение влажности — с сыростью
помещения, в котором стоит солонка с солью, или с сыростью воздуха при
тумане, дожде и т. п. Если соль становится влажной в помещении хорошо
вентилируемом, куда свободно проникает наружный воздух, то резонно ожидать
дождя.
Вопросы по теме:
1. Какова научная основа местных признаков погоды?
2. Какие облака являются предвестниками грозы?
3. О чем говорит появление на небе радуги?
4. Признаком какой погоды являются ложные солнца и луны?
5. О какой погоде говорят солнечные столбы и кресты?
6. Признаком чего является гало на небе?
7. Верно ли, что кольца вокруг солнца днем, вокруг" луны ночью — признак
ненастья?
8. Что такое «ключевые дни»?
9. Верно ли, что ясная луна — признак мороза?
10. Можно ли считать полнолуние признаком хорошей погоды?
11. Можно ли судить о будущей погоде по свечению луны?
12. О чем говорит свечение шпилей башен, верхушек труб и тому подобных
высоких заостренных сооружений?
13. Могут ли служить признаком погоды изменения цвета неба?
14. Может ли мерцание звезд служить признаком погоды?
15. Существует ли связь между погодой и появлением комет или метеорного
дождя?
16. Насколько верно изменения погоды отражаются в поговорках?
17. Признаком каких изменений в погоде может служить поворот ветра?
18. Можно ли судить о погоде по дыму из печной трубы?
19. Можно ли судить о погоде по закату солнца?
20. Что такое «бабье лето»?
21. Верна ли примета: если ласточки летают низко — жди дождя?
22. Может ли отмокание соли в солонке служить приметой дождя?
9. ВЛИЯНИЕ ПОГОДЫ НА СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
Едва ли существует другаяотрасль человеческой деятельности, в такой мере
связанная с метеорологическими условиями, как сельское хозяйство. При этом
если распространение сельскохозяйственных культур на земном шаре и видов
сельскохозяйственной продукции в значительной степени определяется климатом, то урожайность культур и продуктивность сельскохозяйственного
производства в огромной степени зависят от сложившихся в данный год условий
погоды.
Зависимость сельскохозяйственного производства от условий погоды
довольно сложная — не существует абсолютно оптимальных условий, одинаково
благоприятных для всех отраслей сельского хозяйства и даже для всех
выращиваемых в данной местности культур. В ряде случаев условия,
благоприятные для одной отрасли или для одной сельскохозяйственной культуры,
оказываются неблагоприятными для другой отрасли или культуры. С этой точки
зрения
приобретает
важное
значение
правильная
ориентировка
сельскохозяйственного производства на развитие таких отраслей хозяйства и
выращивание таких культур, которые дополняли бы друг друга и в неблагоприятные для одной из них годы были способны компенсировать потери. В этом
отношении ориентацию сельского хозяйства отдельных районов на монокультуру
специалисты считают нерациональной. Однако следует считаться и с другими
аспектами экономики сельскохозяйственного производства, и прежде всего с
социальными, с интересами страны в целом, а не только данного района. Но, как
бы то ни было, не принимать во внимание особенности климата каждого района и
колебания в условиях погоды, непосредственно сказывающиеся на
продуктивности сельскохозяйственного производства,— нельзя.
От каких метеорологических величин в первую очередь зависит
урожайность сельскохозяйственных культур?
Хотя урожай определяется погодой в целом, то есть всем комплексом
метеорологических величин и явлений, влияющих на развитие и созревание
растений, решающими можно считать три величины: температуру воздуха, атмосферные осадки и солнечную радиацию. Во многих районах умеренных и особенно
низких широт самый важный для урожайности сельскохозяйственных культур
метеорологический фактор — осадки в период развития растений, например в
фазе развития зерна.
каждого района и колебания в условиях погоды, непосредственно сказывающиеся
на продуктивности сельскохозяйственного производства,— нельзя.
В чем опасность засух для земледелия?
Засухи — явление, эпизодически повторяющееся в районах недостаточного
увлажнения. Это результат длительного недостатка осадков, обычно
сопровождающегося пониженной влажностью и повышенной температурой
воздуха. Засухи вызывают снижение запасов влаги в почве, следствием чего
бывает замедленный рост или даже гибель растений.
Возникновение засух связано с такими аномалиями атмосферной
циркуляции, при которых , преобладающим становится поступление масс сухого
континентального воздуха и формирование антициклонов, препятствующих
передвижению атмосферных фронтов и связанных с ними масс влажного
морского воздуха. Этот процесс не всегда удается своевременно распознать и
принять необходимые меры для предотвращения или уменьшения потерь урожая,
что еще больше усугубляет опасность засух. В Австралии, например, засуха, как
правило, успевает охватить примерно 10% территории, прежде чем она
оказывается зарегистрированной. Потери от засух в этой стране превышают
потери от других стихийных бедствий, таких, как наводнения, ураганы и пр.
В некоторых земледельческих районах мира засушливые годы почти столь
же часты, как и годы с нормальными условиями. Например, на Великих равнинах
в США в шести округах за последние 100 лет отмечено от 42 до 49 засух, в том
числе очень сильных — от 11 до 18.
В ряде районов нашей страны, например в Заволжье, на юго-востоке
Европейской части, засухи также случаются довольно часто, и без искусственного
орошения полей там невозможно гарантировать устойчивые ежегодные урожаи.
Как влияет температура воздуха на развитиерастений?
Термические условия регулируют интенсивность процессов фотосинтеза, а
следовательно, непосредственно влияют на рост и развитие растений. Фотосинтез
достигает максимума при температуре около 20—25°С, при дальнейшем же
повышении температуры, равно как и при ее понижении, он замедляется.
Максимальный рост растений происходит в период нарастания температуры
воздуха; когда температура воздуха достигает 25°С, увеличение скорости роста
подавляющего большинства растений несколько замедляется, а при температуре
30°С она резко падает. Однако влияние температуры на развитие растений не
столь простое, как может показаться: для нормального развития многих растений
нужны периоды заметного снижения температуры, без которых они утрачивают
способность к цветению и плодоношению.
Естественно, что потребности растений в периодических изменениях
режима температуры различны в зависимости от вида растений и района
произрастания.
Насколько может отличаться температура воздуха от температуры
поверхности растений?
Температура воздуха измеряется, как правило, на высоте 2 м от поверхности
земли, и в теплое время года она, естественно, всегда бывает ниже, чем
температура земной поверхности и поверхности растений. В районах избыточного увлажнения в дневные часы эта разность может достигать 10° С, а в районах
недостаточного увлажнения — 20 и даже 30° С. В силу этого разности годовых
сумм температуры воздуха выше 10°С и поверхности растений в районах
избыточного увлажнения составляют около 300°С (Мурманск, Ленинград), а в
засушливых районах на юго-востоке страны — более 700°С (Волгоград, Эмба).
Эти разности также существенно зависят от экспозиции местности: на северных
склонах они меньше, чем на равнине, а на южных — больше. Этим определяется
различие в характере растительности на затененных и обращенных к солнцу
склонах. Чем круче склоны, тем это различие существеннее.
Какие условия погоды требуются для выращивания озимой пшеницы?
Зима с умеренными морозами и значительным устойчивым снежным
покровом обеспечивает достаточное увлажнение почвы в решающий период
развития озимых посевов пшеницы и предотвращает их вымерзание. В малоснежные зимы, когда морозы чередуются с оттепелями, посевы часто
оказываются под ледяной коркой и гибнут — задыхаются или вымерзают.
Лучшие твердые сорта озимой пшеницы произрастают в районах со снежной и
умеренно морозной зимой.
Можно ли планировать сельскохозяйственныеработы в соответствии с
долгосрочными прогнозамипогоды?
К сожалению, пока нельзя. Обеспеченность долгосрочных прогнозов
погоды (то есть отношение числа прогнозов, в которых отклонения значений
прогнозируемых метеорологических величин от фактических не вышли за
установленные допустимые пределы, к общему числу данных прогнозов),
составляемых всеми известными сегодня научными методами, сегодня еще ниже
требований, предъявляемых практикой сельскохозяйственного производства.
Поэтому ставить выбор посевного материала, определение сроков выполнения
различных видов полевых работ, способы обработки земли в прямую зависимость
от ожидаемых по долгосрочному прогнозу метеорологических условий на
ближайший сезон было бы слишком рискованно и экономически неоправданно.
В практике сельскохозяйственной деятельности долгосрочные прогнозы погоды
принимаются во внимание, но не в качестве основы для планирования всех видов
работ, а лишь как вспомогательный материал, учитываемый наряду с другими
обстоятельствами. В основу планирования берутся средние климатические
данные, то есть наиболее типичные для данной местности условия погоды,
характерные для каждого сезона.
Какова продуктивность земной поверхности?
По этому вопросу существуют лишь очень приближенные расчеты, как для
поверхности суши, так и для поверхности океана: средняя продуктивность суши
оценивается равной 3,6 т/(га•год), а поверхности океана — 0,8 т(га • год). Таким
образом, в среднем для всей поверхности земного шара продуктивность окажется
равной 1,6 т/(га • год). Следует иметь в виду, что за средними цифрами
скрываются большие различия в продуктивности, связанные с климатом и
другими природными факторами. Так, во влажных тропических лесах
продуктивность составляет десятки тонн на гектар, а в полярных пустынях она
падает до нуля.
Есть ли соответствие между зональностью почв и растительного покрова?
Между зонами почв и растительности существует вполне определенное
соответствие. С увеличением радиационного индекса сухости (см. 6.12) типы
почв меняются в следующей последовательности: тундровые почвы, подзолы,
бурые лесные почвы, желтоземы, красноземы и латеритные почвы, черноземы и
черные почвы саванн, каштановые почвы, сероземы.
Чем объясняется возникновение пыльных вихрей над полями в летнее
время?
Небольшие пыльные вихри — микросмерчи — возникают летом чаще всего
у границы участков земной поверхности, получающих неодинаковое количество
солнечного тепла, или, точнее, неодинаково нагреваемых солнечными лучами.
Свежевспаханное поле и участок с зеленым травяным покровом, жнивье и луг
обладают различной способностью отражать солнечные лучи, а следовательно, и
различной способностью поглощать эти лучи. Разность температур на
поверхности этих участков создает разность температур и воздуха над ними, а это
может привести к возникновению приземных воздушных течений и образованию
небольших вихрей, поднимающих с земли пыль и мусор, которые делают эти
вихри хорошо заметными.
Как зависит применение агротехнических приемов от почвенноклиматических условий?
В зависимости от того, в каких климатических зонах находятся те или иные
сельскохозяйственные площади, применяются разные агротехнические приемы —
или повышающие теплообеспеченность растений и ослабляющие вредное
влияние избыточного увлажнения, или же направленные на улучшение
влагообеспеченности. Но в отдельные годы условия погоды складываются так,
что агротехнические приемы следует менять. Например, в полувлажной
лесостепной зоне система агротехники, нацеленная в основном на сбережение и
экономное расходование влаги, примерно раз в десять лет должна
перестраиваться на ослабление вредного влияния избыточного увлажнения — об
этом говорят статистические данные обеспеченности этой зоны осадками. Таким
образом, сельское хозяйство страны требует гибкого применения приемов
агротехники.
Что дает мульчирование почвы?
Мульчирование — покрытие почвы навозом, соломой, специальной
бумагой или пленкой, то есть мульчой,— применяется для придания почве
большей эрозийной устойчивости, снижения испарения воды и для повышения
пли понижения температуры почвы. Наиболее эффективным материалом для
мульчирования
являются
светопрозрачные
полиэтиленовые
пленки,
способствующие повышению температуры почвы днем
на 6—9°С и
снижению затрат тепла на испарение на 10—15%.
Зачем производится дефолиация растений?
Досрочное сбрасывание листьев растениями — дефолиация, вызываемая
искусственно путем применения химических веществ, призвана изменить
тепловой и радиационный режим поля. Например, прогрев почвы под хлопчатником после дефолиации резко возрастает, так как поглощение растениями
радиации уменьшается втрое, кроме того, увеличивается температура
надпочвенного слоя воздуха, что способствует ускорению раскрытия коробочек
хлопчатника.
Каков метеорологический эффект насаждения лесных полос?
Лесные полосы уменьшают скорость ветра на 20 — 60% и способствуют
повышению температуры воздуха в межполосном пространстве и температуры
почвы у растений на 1—2°С. Кроме того, в межполосном пространстве
увеличивается влажность воздуха, снижается испаряемость. За счет задержания
осадков лесополосы обеспечивают дополнительное увлажнение полей на 20—40
мм в год.
Как влияет подъем культуры земледелия на зависимость сельского
хозяйства от климата и погоды?
В целом с прогрессом науки и техники эта зависимость уменьшается, но
взаимосвязь между урожайностью и метеорологическими условиями сохраняется.
Условия погоды сильнее всего сказываются на урожайности интенсивно
развивающихся растений, имеющих высокий уровень обмена веществ и энергии.
Новые высокопродуктивные сорта культурных растений обладают повышенной
чувствительностью к условиям среды и нуждаются в максимальной оптимизации
водного, воздушного, теплового и пищевого режимов.
Вопросы по теме:
1.От каких метеорологических величин в первую очередь зависит урожайность
сельскохозяйственных культур?
2.В чем опасность засух для земледелия?
3. Как влияет температура воздуха на развитиерастений?
4.Насколько может отличаться температура воздуха от температуры поверхности
растений?
5.Какие условия погоды требуются для выращивания озимой пшеницы?
6.Можно ли
планировать сельскохозяйственныеработы в соответствии с
долгосрочными прогнозамипогоды?
7. Какова продуктивность земной поверхности?
8.Есть ли соответствие между зональностью почв и растительного покрова?
9.Чем объясняется возникновение пыльных вихрей над полями в летнее время?
10.Как
зависит
применение
агротехнических приемов от почвенноклиматических условий?
11.Что дает мульчирование почвы?
12.Зачем производится дефолиация растений?
13.Каков метеорологический эффект насаждения лесных полос?
14.Как влияет подъем культуры земледелия на зависимость сельского хозяйства
от климата и погоды?
10. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
Загрязнители — загрязняющие вещества природного или антропогенного
происхождения, физический или информационный агент, химическое вещество
или биологический вид, попадающий в окружающую среду или возникающий в
ней в количествах, выходящих за рамки обычного содержания предельных
естественных колебаний, или средство природного фона в рассматриваемое
время.
Под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе газов,
паров, твердых и жидких веществ, тепла, излучений, неблагоприятно влияющих
на природные и техногенные компоненты.
Загрязнения бывают природные (естественные) и антропогенные,
вызываемые деятельностью человека.
На данном этапе, в связи с развитием производственной деятельности
человека, антропогенные загрязнения являются главенствующими. Они делятся
на локальные и глобальные. Локальные загрязнения связаны с техногенными
компонентами (промышленность, сельское и коммунальное хозяйство и т. д.).
Глобальные загрязнения влияют на биосферные процессы в целом на Земле и
охватывают огромные пространства. Вредные вещества переносятся ветром на
большие расстояния и попадают в почву, водоемы.
Загрязнители разделяют на механические, биологические, физические.
Механические загрязнения образуются при сжигании топлива и в процессе
производства строительных материалов. Они представлены в основном пылью,
фосфатами, ртутью, свинцом.
К физическим загрязнениям атмосферы относят тепловые, световые,
шумовые, электромагнитные, радиоактивные вещества.
Биологические загрязнения связаны с размножением микроорганизмов и
антропогенной деятельностью.
К антропогенным процессам относится разрушение озонового слоя,
которое вызывается работой установок на фреоне, аэрозолях, разложением
азотных удобрений, выбросами оксидов азота при полете самолетов и ядерных
взрывах.
Учеными установлено, что ежегодно содержание озона уменьшается на 0,1
%, а в перспективе через 50 лет егоуменьшение будет составлять 5-10 %. Это
существенно может изменить климат и вызвать другие негативные последствия.
В результате антропогенной деятельности в верхних слоях атмосферы
появляются так называемые ионосферные дыры. В связи с этим состояние
ионосферы существенно меняется.
Антропогенные воздействия на атмосферу приводят к ионизации воздуха,
определяющей электрические свойства атмосферы. Наибольшую опасность
представляют режимы работы источников ионизирующего излучения и ядерные
испытания. За время существования ядерной энергетики на 370 ядерных
реакторах произошло более 150 аварий с утечкой радиоактивных веществ. При
авариях продукты ядерного деления высвобождаются в виде аэрозолей и в зависимости от силы и направления ветра радиус зон загрязнения достигает 180 км.
Серьезную опасность представляют радиоактивные отходы, масса которых
увеличивается с каждым годом.
10.1 Ежегодные объемы выбросов в атмосферу и их последствия
Самыми распространенными загрязнителями атмосферы являются оксид
углерода, оксид азота, диоксид, серы, углеводороды и пыль, обладающие
токсичностью. В таблице 24 приведены ежегодные объемы выбросов в
атмосферу.
Количество ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ
Таблица 24
Вещество
Выбросы, млн. т
Доля антропогенных
примесей от общих
естественные
антропогенные
поступлений, %
твердые
3700
1000
27
частицы
СО
5000
304
5,7
СН4
2600
88
3,3
NO
770
53
6,5
S02
650
150
13,3
С02
485 000
-22 000
4,5
Очевидно, что одним из основных по массе загрязнителей атмосферы
является углекислый газ, количество которого увеличивается ежегодно. И если не
уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то планету ожидает катастрофа,
связанная с повышением температуры вследствие парникового эффекта.
Сущность его заключается в том, что отражающиеся от поверхности Земли
инфракрасные лучи Солнца задерживаются атмосферой с повышенным содержанием С02, СН4 и других загрязнителей. В настоящее время температура
поверхности в Северном полушарии повышается предположительно на 1,3 °С, что
в дальнейшем приведет к повышению уровня Мирового океана на 10 см. Как
правило, загрязняющие вещества проникают в организм человека через органы
дыхания. В сутки один человек вдыхает 6—12 м3 воздуха, происходит газообмен
между кровью и лимфой. Грубые частицы задерживаются в верхних дыхательных
путях, вызывая заболевание, называемое пылевым бронхитом, а тонкие частицы
проникают внутрь организма и могут спровоцировать пневмонию.
Атмосферные загрязнители могут оказывать малое влияние на
здоровье человека, а промышленные загрязнители действуют на здоровье
человека разрушительно.
Хлор негативно действует на органы дыхания и зрения, фториды нарушают
кальциевый режим в организме, дисульфит углерода ядовит для нервной системы,
вызывает психические расстройства.
Опасны для дыхания пары тяжелых металлов. Вредны для человека диоксид
серы и оксид углерода, которые поражают дыхательные пути и препятствуют
переносу кислорода. Наибольшую опасность представляют альдегиды и кетоны,
которые в малых концентрациях разрушают нервную систему. Особенно сильное
влияние загрязняющих веществ проявляется в период смога.
Загрязнение сернистым газом, фтористым водородом, хлором, диоксидом
азота вредно сказывается и на растениях. При этом происходит как
непосредственное отравление зеленой массы, так и интоксикация почвы.
Загрязнение атмосферы промышленными выбросами вызывает кислотные
газы и кислотные дожди, которые усиливают эффект коррозии, снижают
плодородие почв, пагубно влияют на флору и фауну.
Серьезной проблемой в связи с загрязнением атмосферы является изменение
климата, вызывающее:
— непосредственное воздействие на состояние атмосферы, связанное с
изменением температуры и влажности почвы;
— изменение физических и химических свойств атмосферы;
— изменение состояния и свойств верхних слоев атмосферы, озонового экрана
под действием фенолов и оксида азота, а также появления аэрозоля в атмосфере;
— изменение отражательной способности Земли, влияющее на взаимодействие
элементов климатической системы. Колебания климата влияют на состояние
человека, а также на формирование продуктивности сельскохозяйственных
культур.
10.2 Нормирование загрязнения атмосферы
Степень загрязнения атмосферы оценивается по предельно
допустимым концентрациям (ПДК) вредных веществ в воздухе с учетом
гигиенических требований. Внормативы включены более 2500 различных
веществ, которые могут содержаться в продуктах питания, в воздухе, почве, еде.
ПДК — максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к
определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или
на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного воздействия,
включая отдаленные последствия, а также на окружающую среду.
Принимаются два значения норматива: максимальная разовая в пределах 30
мин и среднесуточная величина ПДК. Эти величины (в мг/м3) равны: N02 -0,4
(0,085); S02 — 0,3 (0,005); CI — 0,1(0/03); СО -3,0 (1,0); сажа — 0,15 (0,05).
Максимальная разовая ПДК не должна приводить к неприятным рефлекторным
реакциям человеческого организма, а среднесуточная — к токсическому,
канцерогенному и мутагенному воздействию.
Для регулирования выбросов вредных веществ в биосферу используется
индивидуальная для каждого вещества норма предельно допустимых выбросов
(ПДВ).
ПДВ — разрешаемое к выбросу от данного источника, предельное
количество вредного вещества, которое не создает приземную концентрацию,
опасную для людей, животного и растительного мира.
Влияние загрязнителей на состояние атмосферы
Таблица 25
Основные вещества,
Класс
Состояние воздушного бассейна
загрязняющие атмосферу опаснопри концентрации свыше, мг/м
сти
вызывает опасны чрезвычайно
опасение
е
опасные
Пыль неорганическая
Сернистый газ
Оксид азота
Оксид углерода
Углеводороды
Сажа
Фенол
Свинец
Сероводород
Сероуглерод
Ртуть
Фтористые соединения
IV
III
II
IV
IV
III
III
I
II
II
I
II
0,15
0,05
0,085
3,0
1,5
0,05
0,01
0,0007
0,008
0,005
0,0003
0,005
0,75
0,2
0,25
5,0
7,5
0,25
0,04
0,0013
0,024
0,015
0,0005
0,015
3,75
0.38
0,76
25,0
37,5
1,25
0,16
0,0022
0,072
0,45
0,001
0,045
Значение ПДВ (г/с) для продуктов сгорания рассчитывают по формуле:
для нагретого выброса:
ПДВ= ПДК*
для холодного выброса:
ПДВ = 8ПДК
для нескольких источников выбросов:
ПДВ = ПДК
где Vc=V1 + V2 +.....+ Vn; H — высота источника выброса
над поверхностью, м; V1— объемный расход газовой смеси, м3/с; T — разность
температур выбрасываемых газов и воздуха, °С;
А — коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и
определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных
веществ (С2/3 • мг • °С1/3) г; F — коэффициент скорости оседания вредных веществ
в воздухе; тип — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовой смеси из
устья источника, м3/с; V1;V2, ....Vn — j,—
объемные расходы газов, выбрасываемых каждым источником, м3/с; D — диаметр
устья I источника; Vc — суммарный объемный расход газовой смеси. (Методика
расчета ПДВ изложена в СН 369.74). При расчете учитываются фоновые
концентрации вредных веществ в воздухе (Сф) и концентрации от источников
загрязнения (С), сумма которых должна быть меньше или равна 1 ПДК, то есть:
С + Сф < ПДК
При совместном присутствии в воздухе нескольких веществ со своими
значениями ПДК4 с концентрацией С4 (i=l,2,3.....n) их суммарная концентрация
должна удовлетворять следующему условию:
 1
11. ВЛИЯНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ПЛАНИРОВКУ
ЗАСТРОЙКИ
Оценка погодно-климатических условий местности по температурноветровому режиму необходима для прогнозирования надлежащий микроклимат
средствами планировки, застройки и благоустройства селитебных территорий.
Устойчивость от ветрового воздействия зданий, ферм, мостов, мачт, опор,
проводов и т. п. вычисляют по формуле
py = Kp(v2/2)Q,
где ру— давление ветра, Па;
К— аэрогидродинамический коэффициент, зависящий от формы (обтекаемости)
сооружения;
p(v2/2) — скоростной напор невозмущенного воздушного потока (р = 1,225 кг/м3;
v — скорость ветра, м/с);
Q —площадь любой поверхности сооружения.
В мегаполисах технологические процессы индустрии и энергетики, работа
городского транспорта и установок внутреннего сгорания, выбросы в воздух
отработанных газов и аэрозолей меняют не только газовый состав атмосферы, но
и метеорологический режим, образующий свой особый мезоклимат:на 10…25 %
уменьшается
приток
прямой
солнечной
радиации
к
деятельной
поверхности;вследствие эффективного излучения,
в том числе от энергетических установок, образуются «острова тепла», в которых
доля техногенного тепла может доходить до половины солнечного;температура
воздуха в городе может быть на 7…15 °С выше загородной;количество осадков
благодаря резкому росту ядер конденсации увеличивается зимой на 50 %, летом
на 15 %;воздух над городом суше в среднем на 5… 10 % и более, особенно если
улицы не поливают;повторяемость туманов в промышленном городе бывает в
1,5…2 раза больше, чем за городом.
Большое количество ядер конденсации способствует образованию туманасмога, химически весьма агрессивного;нижняя граница облаков из-за снижения
давления оказывается на 100 м ниже, чем в окрестностях, а восходящие потоки
воздуха создают местную кучевую облачность.
Электрическое освещение в городах и населенных пунктах зависит не только
от восхода и захода солнца, но и от облачности.Закрытость горизонта в
микрорайонах зависит от плотности и этажности застройки.
Площадь, в течение нормированного времени затеняемая зданиями,
составляет 27.„75 % площади жилой зоны.
Примерно 50 % территории в городах занимают асфальтовые покрытия,
здания (их крыши), практически непроницаемые, с низкой отражательной
способностью и высокой теплоемкостью для тепловых длинноволновых лучей.
Искусственные покрытия трансформируют до 90 % лучистой энергии в
теплоту. Температура асфальта на солнце на 25 °С может превышать температуру
воздуха на высоте 2 м от поверхности (а температура зеленого газона на 10 °С).
Интенсивность теплового длинноволнового излучения приближается к
интенсивности прямой солнечной радиации.
Зеленые насаждения, водоемы и фонтаны очищают и обогащают воздух
кислородом, фитонцидами. Радиация, пропущенная сквозь листья, не только
ослабляется, но и изменяется по спектральному составу.
Вьющиеся растения
(виноград, плющ) пропускают только 10…19 % солнечной радиации, вследствие
чего нагрев стены в зеленых насаждениях снижается на 8…12 °С, температура
воздуха в среднем на 3…4 °С, а испаряемая листьями влага восполняет дефицит
влажности воздуха, создавая комфортные условия для человека.
При составлении строительно-климатического паспорта территорию города
делят на ландшафтно-климатические зоны: селитебную (жилую), промышленную,
транспортную, рекреационную, санитарно-защитную.
Рис. 7.
Таблица-схема элементов климата
Рис. 8.
Таблица-схема «Элементы климата
12. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ И
МЕТОДОВ В ПРИРОДООБУСТРОЙСТВЕ
Природообустройство — это особый вид деятельности, заключающийся
в изменении компонентов природы для повышения их полезности,
восстановлении нарушенных компонентов и защите их от негативных
последствий природопользования.
Природообустройство
базируется
на
мониторинге
различных
компонентов природы, в том числе мониторинге состояния атмосферы, то
есть метеорологических наблюдений.
В природообустройство входит мелиорация земель сельскохозяйственного, водного и лесного фондов, поселков, промышленности,
транспорта, рекреационного, историко-культурного, научного назначения, а
также борьба с водной и ветровой эрозией, переносом солей на приморские
территории, защита от суховеев, града, ливней и других опасных
метеорологических явлений.
При проектировании, строительстве и эксплуатации мелиоративных
систем необходимо точное знание водных балансов территории:
E=X±Y±U+M,
где Е— испарение с суши и водных объектов, транспирация растительности,
мм;
X— атмосферные осадки за тот же период, мм;
Y— приток и сток поверхностных и подземных вод, мм;
U— изменение водных запасов в толще почвогрунтов, мм;
М— оросительные воды, мм.
Из уравнения видно, что £ (испарение) и X (осадки) определяются
метеорологическими факторами и их рассчитывают по метеорологическим
наблюдениям и принятыми в метеорологии методами.
Осредненный водный баланс по Российской Федерации за год
Таблица 26
Среднемноголетние, мм
Район
осадки
испарение
летний сток
Побережье
710
370
340
Баренцева
и Белого морей
Азиатская тундра
610
310
300
Бассейн:
р. Волги
660
473
187
р. Дона
600
530
70
Зона лесов:
хвойных
705
375
330
лиственных
700
495
205
Зона:
степей
500
455
45
пустынь и
полупустынь
310
300
10
Для защиты от суховеев при проектировании лесополос и других
мероприятий, а также для задержания снега снегозащитными щитами
необходимо иметь сведения о повторяемости и скорости ветра, для защиты
от града и сильных ливней — изучать образование и движение опасных
градовых облаков.
Циркуляция воздушных масс является не только погодным и
климатизирующим фактором, но и причиной круговорота других веществ, в
том числе загрязняющих, на большие расстояния. Это выбросы в атмосферу
промышленных и транспортных отходов, из труб электростанций, от
военных действий. Изучение движения воздушных масс позволяет решать
важные экологические задачи борьбы с загрязнениями.
Вопросы по теме:
1. Каково влияние климатических условий на планировку застройки?
2. Для чего нужны расчеты по устойчивости от ветрового воздействия
объектов застройки?
3. Назовите основные элементы схем-таблиц климата.
4. Каковы особенности климата больших городов?
5. Что называют парниковым эффектом?
6. Перечислите негативные черты климата большого города.
7. Как учитывают ветер при планировке и застройке городов?
8. Зависит ли время отключения освещения от облачности?
9.Как учитываются метеорологические наблюдения в природообустройстве?
Глоссарий
Альбедо - отношение отраженной солнечной радиации к суммарной
Атмосфера— газовая оболочка Земли, распространяющаяся до высот
приблизительно 1000 км.
Процентное соотношение газов (по их объему) в сухом воздухе следующее.
Азот
Кислород
Аргон
Диоксид
Другие
(N2)
(02)
(Аг)
углерода (С02)
газы
78,08
20,95
0,93
0,03
0,01
Стратосфера располагается над тропопаузой и распространяется примерно
до высоты 50 км. Отличительная особенность ее — повышение температуры
с высотой. Самый верхний слой стратосферы — стратопауза, где
температура практически не меняется с высотой. Следует заметить, что
водяных паров в стратосфере почти не существует и соответственно
облачность не развивается.
Мезосфера находится выше стратосферы, в которой температура
понижается с высотой. Мезосфера распространяется примерно до высоты 80
км и заканчивается мезопаузой.
Термосфера отличается резким возрастанием температуры в ее пределах в
связи с очень большими скоростями газовых молекул и атомов. Иногда
термосферу называют ионосферой, поскольку содержание ионов здесь очень
велико.
Экзосфера располагается выше термосферы, содержит только очень
небольшое число атомов газа, которые движутся здесь с такой скоростью,
что преодолевают притяжение Земли и улетают в космическое пространство.
Солнечная радиация
Прямая солнечная радиация – S – это поток солнечных лучей,
непосредственно падающих на поверхность Земли.
Рассеянная радиация – D – часть солнечной радиации в результате
рассеяния атмосферой уходит обратно в космос, но значительная ее часть
поступает на Землю в виде рассеянной радиации.
Суммарная радиация- Q- состоит из рассеянной и прямой радиации на
горизонтальную поверхность. Q= D+S
Отраженная солнечная радиация –Rk–часть суммарной радиации, которая
отразилась деятельной поверхностью. Измеряется прибором альбедометром.
Тепловое излучение земли (деятельной поверхности)Ез– длинноволновая
лучистая энергия, испускаемая деятельной поверхностью и направленная
вверх, в атмосферу.
Тепловое излучение атмосферы Еа – часть теплового излучения атмосферы,
направленного к земле и поступающего на горизонтальную поверхность.
Фотосинтетически активной радиацией (ФАР) называют Часть лучистой
энергии солнца, которую растения усваивают в процессе фотосинтеза. ФАР
располагается в волновом диапазоне от 0,38 до 0,71 мкм.
Альбедометр это пиранометр, приспособленный для измерения отраженной
радиации
Средняя суточная температура — среднее арифметическое из температур,
измеренных во все сроки наблюдений.
Средняя месячная температура — среднее арифметическое из средних
суточных температур за все сутки месяца.
Средняя годовая температура — это среднее арифметическое из средних
суточных (или средних месячных) температур за весь год.
Амплитуда годовых колебаний температуры – разность между
среднемесячными температурами наиболее теплого и холодного месяцев.
Активная температура — это среднесуточная температура воздуха (или
почвы) выше биологического минимума развития культуры.
Эффективная температура — это среднесуточная температура воздуха (или
почвы), уменьшенная на значение биологического минимум.
Сумма активных температур – это сумма средних суточных температур
выше 10°С.
Сумма эффективных температур – это сумма средних суточных
температур отсчитанных от биологического минимума, при котором
развивается растение.
Атмосферное давление – это сила, с которой давит на единицу поверхности
земли (см2,, м2) столб воздуха, простирающийся от земной поверхности до
верхней границы атмосферы (мм.рт.ст., мбар).
Нормальным атмосферным давлением – это давление воздуха, измеряемое
высотой ртутного столба в 760 мм и основанием в 1 см2 при t0C = 00C, на
широте 450 и на уровне моря.
Барометр-анероид – прибор для измерения атмосферного
давления, принцип действия которого основан на деформации
анероидных коробок при изменении атмосферного давления и
дальнейшем преобразовании линейных перемещений мембран
передаточным механизмом в угловые перемещения стрелки
относительно шкалы.
Гипсотермический метод – это метод точного определения
давления атмосферного воздуха и проверки показателей анероида
и барографа.
Барограф – прибор для непрерывной регистрации изменений
атмосферного давления и определения характеристики
барометрической тенденции.
Горизонтальным барическим градиентом (ГБГ) - называется изменение
давления вдоль горизонтали, направленной перпендикулярно к изобарам от
высокого давления к низкому, приходящееся на 100 км расстояния,
перистые – Cirrus (Ci);
перисто-кучевые – Cirrocumulus (Cc);
перисто-слоистые – Cirrostratus (Cs);
высококучевые – Altocumulus (Ac);
высокослоистые – Altostratus (As);
слоисто-дождевые – Nimbostratus (Ns);
слоисто-кучевые – Stratocumulus (Sc);
слоистые – Stratus (St);
кучевые –Cumulus (Cu);
кучево-дождевые – Cumulonimbus (Cb)
Осадки
Влажностью воздуха - это содержание водяных паров в воздухе.
Абсолютная влажность воздуха, а – масса водяного пара в единице объема
воздуха. (г/м3)
Парциальное давлении водяного пара, гПа, е- , давление, которое имел
бы водяной пар, находясь в смеси газов атмосферы.
Парциальное давление насыщенного водяного пара, гПа, Е –
парциальное давление водяного пара, максимально возможное при данной
температуре.
f – относительная влажность воздуха – это отношение фактического
парциального давления водяного пара при данной температуре воздуха к
давлению насыщенного водяного пара, т.е. максимально возможному для
данной температуры и выраженного в процентах.
f = е/Е* 100%
Дефицит влажности или недостаток насыщения d -( мм, Мб).
d = E – e – это разность между давлением насыщенного водяного пара
при данной температуре и фактическим парциальным давлением.
Максимальные значения отмечаются летом, минимальные – зимой.
Точка росы – td – это температура, при которой водяной пар, находящийся в
воздухе, достигает состояния насыщения при неизменном давлении. Точка
росы определяется по таблице максимальной упругости водяного пара.
Психрометр – («психрос – холодный»), прибор для определения влажности
воздуха, принцип работы которого основан на охлаждении одного из
термометров.
Гигрометр – прибор для определения относительной влажности воздуха,
(%)
Гигрограф – прибор для непрерывной регистрации влажности воздуха в
диапазоне от 30 до 100% при температуре воздуха от - 35 до 450С.
Барическим полем - скалярное поле распределения атмосферного давления
в пространстве.
Горизонтальный барический градиент - вектор, направленный
перпендикулярно изобарам в сторону низкого давления.
Циклон – область пониженного давления, в которой массы воздуха оттекают
от периферии к центру, где располагается наименьшее давление,
направленное в северном полушарии против часовой стрелки
Антициклон – область высокого давления, в котором воздушные массы
оттекают от центра к периферии, образуя вихревое движение, направленное в
северном полушарии по часовой стрелке.
Ветром называют горизонтальное перемещение воздуха относительно
земной поверхности
Скоростью ветра называют горизонтальную составляющую скорости
перемещения воздуха относительно неподвижной точки земной поверхности.
Направление ветра - часть горизонта, откуда дует ветер.
Ветровые коридоры - это вытянутые понижения и прилегающие склоны,
продуваемые ветром, в которых при определенных направлениях ветра
происходит усиление его скорости и формирование пылевато-воздушных
потоков.
Роза ветров - графическое изображение направления ветра за месяц, сезон
или год.
Долгосрочный прогноз — прогноз погоды на срок от 3 сут и более.
Краткосрочным прогнозомсчитают прогноз погоды сроком до 3 сут.
Синоптическая карта погоды — это географическая карта, на которую
цифрами и символами нанесены результаты наблюдений на сети
метеорологических станций в определенные моменты времени.
Заморозком называется понижение температуры воздуха или поверхности
почвы (травостоя) до 0°С и ниже на фоне положительных средних суточных
температур воздуха.
Сублимация – переход водяного пара в твердое состояние, минуя жидкую
фазу.
Транспирация – испарение воды растением (от лат. spiro – дышу;
выдыхаю).
Список литературы:
1. В.А.Сенников, Л.Г.Ларин и др. Практикум по агрометеорологии. М.:
КолосС, 2006
2. Гуральник И.И., Дубинский Г.П. и др. Метеорология. Ленинград.
Гидрометиздат, 1982
3. Захаровская Н.Н., Ильинич В.В. Метеорология и климатология. Москва
«КолосС», 2004
4. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. 6-е изд.
перераб. и доп. Изд. МГУ, 2004
5. Агроклиматические ресурсы Ставропольского края, Л-Г-1971г.
6. Атлас облаков. Ленинград. Гидрометиздат, 1978.
7. Стернзат. М.С. Метеорологические приборы и измерения, Л-Г-1978г.
8. Виткевич В.И.. Практические занятия по сельскохозяйственной
метеорологии, М-1962г.
9. Павлова М.Д.. Практикум по сельскохозяйственной метеорологии, М1968г.,1984г.
10. Руководство для агрометеорологических постов колхозов и совхозов, ЛГ-1980г.
11. Грингоф И.Г. Попов В.В. Страшная В.Н. Агрометеорология ,Л-Г- 1987г.
ЛЕКЦИЯ 1
КЛИМАТ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО
ПРОИЗВОДСТВА
План:
1. Понятие о климате и климатообразующие факуторы.
2. Классификация климатов России.
3. Изменение климата.
4. Сельскохозяйственная оценка климата5. Агроклиматическое
районирование Ставропольского края.
1. ПОНЯТИЕ О КЛИМАТЕ И КЛИМАТ00БРАЗУЮЩИХ
ФАКТОРАХ
Климат — это закономерная последовательность атмосферных
процессов, формирующаяся в данной местности в результате взаимодействия
солнечной радиации, атмосферной циркуляции и физических явлений,
происходящих на подстилающей поверхности, и обусловливающая в этой
местности характерный для нее многолетний режим погоды. С
количественной стороны климат характеризуется средними значениями
(нормами), экстремальными значениями метеорологических элементов
(температуры и влажности воздуха, облачности, осадков, ветров и т. д.),
показателями их изменчивости (среднее, среднее относительное и среднее
квадратическое отклонения от нормы и др.), вероятностью и
обеспеченностью тех или иных значений метеоэлементов и т. д., полученных
на основании многолетних наблюдений.
Область науки, изучающая условия формирования климата и
климатический режим различных стран и районов, называют климатологией.
Она также занимается проблемой изменения климата под воздействием
человека.
Основателем климатологии в России был великий русский географ и
климатолог А. И. Воейков. В своем классическом труде «Климаты земного
шара, в особенности России» А. И. Воейков дал первое и глубокое по
содержанию описание климатов земного шара.
Основными климатообразующими факторами являются: солнечная
радиация, циркуляция атмосферы и подстилающая поверхность. Под их
совместным влиянием формируется климат в различных местах земного
шара. Большое влияние на климат оказывает также хозяйственная
деятельность человека, изменяющая физические свойства подстилающей
поверхности.
Солнце — основной источник лучистой энергии. Еще древние греки
установили значение солнечной энергии для климата Земли — ведь слово
«климат» в переводе с греческого означает «наклон», т. е. угол падения
солнечных лучей. Действительно, чем ниже Солнце над горизонтом, тем
меньше лучистой энергии приходит на земную поверхность. Количество
солнечной энергии, поступающей на земную поверхность, зависит от
географической широты. Последняя в данной местности определяет
полуденную высоту Солнца над горизонтом и продолжительность дня и
ночи, а следовательно, и приход-расход лучистой энергии Солнца. Чем
дальше от экватора к полюсу, тем меньше солнечного тепла получает
единица поверхности Земли из-за большого наклона солнечных лучей.
Например, суммарная радиация за Полярным кругом достигает всего
2300...2500 МДж/м2 в год, тогда как в тропиках она колеблется от 5850 до
9200 МДж/м2.
Значительное влияние на формирование климата оказывает
атмосферная циркуляция, так как с ней связан приход в данную местность
масс воздуха различного географического происхождения. Чтобы пояснить
значение этого фактора, приведем данные по двум городам, расположенным
приблизительно на одной и той же широте (около 45° с.ш.) на берегу моря.
Но один из них — Бордо (Франция) (около Гз.д.) — находится на берегу
Бискайского залива, а другой - Владивосток (около 130° в. д.) -на берегу
Японского моря. Зимы в этих местах сильно различаются, особенно по
температуре. В Бордо средняя температура воздуха в январе около 5 "С, во
Владивостоке около —13,5 °С, т. е. на 18,5 °С ниже. Такое различие
объясняется особенностями циркуляции воздуха в зимнее время. В Бордо
зимой преобладают юго-западные ветры, приносящие теплые массы воздуха
с Атлантического океана; во Владивостоке зимой дуют северо-западные
ветры, приносящие холодные массы воздуха с континента — СевероВосточной Сибири.
Большое значение в формировании климата имеет подстилающая
поверхность: вода - суша, так как от этого зависят физические свойства
располагающихся над ней воздушных масс. Также различным будет влияние
на климат гор и равнин, обнаженной поверхности и поверхности, покрытой
растительностью, и т. д.
Особенно велико различие в воздействии на климат со стороны моря
и суши. Вода обладает большой теплоемкостью и хорошей
теплопроводностью, и вследствие этого она медленно нагревается, но на
значительную глубину и так же постепенно охлаждается. Поэтому океаны,
моря и крупные озера служат регуляторами тепла, уменьшая как суточные,
так и годовые колебания температуры приземного слоя воздуха. Климат же,
формирующийся при преобладающем воздействии на атмосферу больших
пространств суши, отличается повышенными амплитудами годового и
суточного хода температуры поверхности и воздуха.
Существенное влияние на климат оказывают морские течения. Теплые
течения, направленные в высокие широты, например Гольфстрим, создают
на омываемых ими берегах особый климат с очень теплой зимой и малой
годовой амплитудой колебания температуры. Например, в Мурманске
наблюдается такая же средняя месячная температура января, как в
Волгограде, расположенном значительно южнее: —10 °С. На берегах,
омываемых теплым течением, выпадает повышенное количество осадков,
причем осадки часто сопровождаются грозами и бурями.
Рельеф оказывает большое влияние на климат, особенно крупные
формы рельефа: горные хребты и высокие плоскогорья. В горной местности
вообще создается особый тип климата, носящий название горного климата.
Горы нередко служат преградой для воздушных масс, являясь границей,
разделяющей области с различными климатическими условиями. Вся
защищенная горами Кавказа полоса побережья Черного моря имеет влажную
и теплую зиму: сумма осадков составляет 400...500 мм и более, средняя
температура января — 0...+5 °С, в Ставропольском и Краснодарском краях соответственно 200... 150 мм и —5 °С.
Лесная растительность воздействует на климат прилегающей
территории. Если мы говорим, что климат влияет на растительность,
определяя ее ареалы, то, в свою очередь, растительный мир сильно влияет на
климат, в частности на влагооборот.
Климатические факторы действуют совместно, взаимно обусловливая
друг друга. Так, атмосферная циркуляция, обусловленная в основном
радиационными факторами, сама воздействует на них в результате появления
облачности в процессе переноса воздушных масс и влагооборота.
Климатические условия местности могут изменяться и под влиянием
хозяйственной деятельности человека, поскольку она может изменить
физические свойства подстилающей поверхности. Вырубка и насаждение
лесов, лесных полос, осушение болот, распашка степей, создание больших
водохранилищ и т. д. — все это оказывает воздействие на тепло- и
влагообмен между деятельной поверхностью и воздухом и, следовательно, на
климат.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ КЛИМАТОВ РОССИИ
Различные сочетания климатообразующих факторов создают большое
разнообразие климатов на земном шаре. Существует довольно много
классификаций климатов.
На территории России представлены следующие типы климатов.
Климат вечного мороза формируется в высоких широтах Арктики и
в высокогорных районах (выше снеговой линии), где средняя температура
июля около 0 "С, а осадков выпадает менее 200 мм в год.
Зона климата тундры занимает Крайний Север России, но на
крайнем северо-востоке ее южная граница отодвинута на юг почти до 60°
с.ш. (рис. 10.5). За южную границу тундры принимают северный предел
распространения леса, совпадающий с изотермой 10... 12 "С самого теплого
летнего месяца. Летом здесь бывает непродолжительный безморозный
период, поэтому растительность в тундре скудная (карликовые ивы и березы,
мелкие кустарники, на южных склонах трава). Климат тундры суровый, зима
продолжительная. В сибирской тундре средние температуры зимой
составляют —25...—35 °С. Лето короткое, прохладное, средняя температура
не выше 10... 12 "С. Снег и заморозки могут быть в течение всего лета.
Вегетационный период в тундре длится 2...3 мес. За это время растения
получают достаточно света и влаги, но испытывают недостаток в тепле, что
замедляет их рост.
Зона климата тайги занимает наибольшую часть России от Карелии
до Камчатки. В европейской части России зима умеренно холодная (средняя
температура января —7...—15 °С), но по мере продвижения на восток
суровость зимы усиливается. В Восточной Сибири зима морозная,
малоснежная, средняя температура января —25...—38 "С, минимальная
температура зимой опускается до —40...—45 °С в восточных районах, до —
50...-60 "С в северных. Абсолютный минимум, отмеченный в районе Верхоянска - Оймякона, достигал -71 "С. Весна в сибирской тайге наступает позже,
чем в европейской, заморозки в Восточной Сибири наблюдаются даже летом,
но средняя температура воздуха летом в Сибири выше, чем на этих же
широтах в европейской части. Средняя температура июля преимущественно
14... 18 "С. Осень в западных районах продолжительная, в восточных —
короткая, с быстрым наступлением холодов. Годовая сумма осадков по зоне
350...600 мм.
Зона климата лиственных лесов простирается от западных границ
России до р. Оби в районе Новосибирска. Эта зона в Сибири ограничена с
севера и востока низкими температурами зимы, с юга — сухим жарким
летом. Зима в западных районах этой зоны мягкая, с частыми оттепелями,
пасмурная, на востоке более суровая, по зоне средняя температура января
колеблется от —4 до —18 "С, лето более теплое. Средняя температура июля
17...20 "С. Разность средней месячной температуры воздуха января и июля в
Москве 28 "С, в Новосибирске 38 °С. Рост амплитуды годового хода
температуры воздуха характеризует увеличение континентальное™ климата
с запада на восток. В этом же направлении отмечается уменьшение годовой
суммы осадков от 600 до 400 мм.
Муссонный климат умеренных широт отмечается на Дальнем
Востоке (Приамурье, Приморье, Камчатка, Сахалин). В целом муссонный
климат дальневосточной области характеризуется холодной, сухой и
солнечной зимой, прохладным и влажным летом, частыми туманами и
прохождением тайфунов. Средняя температура января изменяется от —25 °С
на севере до —10 °С на юге, июля — соответственно от 10 до 20 "С. Годовая
сумма осадков колеблется в пределах 200... 100С мм. Дальневосточная
область получает меньше тепла, чем следовало бы по географическому
положению. Причины этого заключаются, во-первых, в сравнительно
холодных восточных морях, отнимающих летом много тепла, во-вторых, во
влиянии огромного азиатского материка с его суровыми зимами, в-третьих, в
действии летних ветров с морей, обусловливающих большую облачность.
Зона климата степей охватывает Нижнее и Среднее Поволжье,
Северный Кавказ, Южный Урал, южные районы Западной Сибири и южные
районы Восточной Сибири. В этой зоне годовая сумма осадков (450...250 мм)
меньше годовой суммы испаряемости, часто наблюдаются засухи и суховеи,
нередко бывают пыльные бури. Средняя температура июля 20...25 "С. Зима
малоснежная, в восточных районах суровая (средний из абсолютных годовых
минимумов температуры воздуха —35...—45 °С). В южных степях годовая
сумма осадков не более 350 мм.
Субтропический средиземноморский климат наблюдается на
Черноморском побережье Краснодарского края. Для него характерны
влажная теплая зима (0...5 °С) и засушливое теплое лето (22...24 °С). Годовая
сумма осадков составляет 600...800 мм.
3. ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА
Изменение климата - многолетняя или многовековая направленная смена одного метеорологического комплекса другим в сторону
постепенного похолодания или потепления, иссушения или увлажнения.
Нет никакого сомнения, что на протяжении истории Земли вместе
со всей земной природой менялся и климат. Геологические данные
показывают, что изменения климата в прошлом Земли были очень глубокими
и охватывали сотни миллионов лет.
На протяжении этого времени коренным образом менялось
положение на Земле: расположение суши и моря, орография, распределение
океанических течений, вулканическая деятельность, состав атмосферы и пр.
С другой стороны, могли меняться и космические влияния на Землю.
Обнаружение обширных и мощных толщ морских известняков и
ископаемых коралловых рифов в средних широтах, например в Центральной
Европе, говорит о более теплом климате, существовавшем в этих районах в
разные эпохи жизни Земли. В пластах бурых углей в Европе обнаруживаются
остатки таких теплолюбивых растений, как веерные пальмы. Образование каменного угля происходило некогда и в Арктике, и в Антарктиде. Богатство
ископаемых видов пресмыкающихся и их огромные размеры также являются
подтверждением теплых климатов.
Один из признаков холодных периодов — слабое химическое
выветривание и преобладание физического выветривания с обилием
обломочного материала в отложениях. Особенно важными показателями
похолоданий являются характерные отложения и формы ландшафта,
связанные с оледенениями (моренные отложения, ископаемые льды), а также
соответствующая флора и фауна. В частности, моренные отложения,
встречающиеся в Индии, свидетельствуют о том, что ледники из Арктики
спускались до этих широт.
Важнейшее доказательство аридных (сухих) периодов - усиленное
отложение солей (особенно, если климат также и жаркий). Пояса
месторождений ископаемых солей на Земле тоже меняли свое положение на
протяжении геологических эпох. Сухие периоды определяются еще и по
остаткам ксероморфной растительности и степных животных.
Об изменении климата, в частности за историческую эпоху (когда
появился человек), свидетельствуют и данные археологии и летописей, а
также новейшие геологические напластования, болотные отложения,
годичные кольца деревьев. Установлено, что в начале нашей эры климат
Европы был близок к современному. С IV в. началось потепление,
продолжавшееся до XIII в. Это климатический оптимум исторического
времени. С XIII в. климат стал ухудшаться; о похолодании можно судить по
такому факту: Черное море не раз замерзало, и из Крыма в Турцию устанавливался санный путь. В XVII в. произошло небольшое потепление,
однако до середины XIX в. температуры оставались низкими. У А. С.
Пушкина описан «бег санок по Неве широкой», что невозможно при ледовом
покрове нынешних зим. С середины XIX в. началось, по мнению
большинства ученых, потепление.
Пока нет единой теории, объясняющей колебания климата. Есть
лишь различные гипотезы, которые можно разделить на три группы.
1.
Астрономические гипотезы связывают изменения климата с
периодическими колебаниями элементов земной орбиты, благодаря чему
должно меняться общее количество тепла, приходящего к Земле от Солнца, с
колебаниями наклона оси вращения Земли и с изменением скорости
вращения Земли вокруг своей оси.
2.
Физические гипотезы объясняют колебания климата изменением
интенсивности солнечной радиации, так как Солнце, по мнению ряда ученых,
— переменная звезда. И «солнечная постоянная» (So) испытывает
периодические и существенные колебания (±20 %). Предполагается также,
что Земля в разные периоды своей жизни проходит через области мирового
пространства с различным содержанием межзвездного вещества, которое, поразному поглощая солнечную энергию, опять-таки меняет количество
поступающей на Землю солнечной радиации и ее спектральный состав.
3. Геолого-географические гипотезы увязывают изменения климата с
перемещением материков, изменением очертаний океанов, их глубин, с
переменой в направлении и мощности океанических течений, что неизбежно
сопровождается существенными изменениями циркуляции атмо- и
гидросферы. Примером тому может служить такое явление, как Эль-Ниньо,
что в переводе с испанского означает «новогодний мальчик» или
«младенец». Его впервые заметили перуанские рыбаки 200 лет тому назад, а
в последние годы изучают ученые многих стран.
Оно связано с формированием больших участков теплой воды в
экваториальной части Тихого океана, а также подъемом глубинных,
холодных вод у Западного побережья Южной Америки. Это явление резко
изменяет тепло- и влагообменные процессы атмосферы и океана (одного из
важнейших погодообразующих факторов), что вызывает хаос в мировой
погоде: сильнейшие дожди в Южной Америке, Европе и Индии, жестокие
засухи (сахель) в Африке и Австралии. Последний сильный и
продолжительный период Эль-Ниньо зафиксирован в 1982— 1983 гг., а
начало нового — в 1998 г.
Поскольку естественные изменения климата происходят медленно, с
временными масштабами в тысячи и даже миллионы лет, то для ближайшего
столетия большое значение имеют современные изменения климата под
влиянием антропогенных факторов, т. е. деятельности человека.
Уже древние земледельцы, сводя леса и распахивая землю, изменяли
температуру и влажность воздуха, влагосодержание почвы, а следовательно,
испарение. Современное полезащитное лесоразведение уменьшает скорость
ветра, задерживает снег и тем самым повышает влажность воздуха и почвы.
При осушении болот уменьшается влажность и повышается температура.
Водохранилища, наоборот, увеличивают влажность почвы и воздуха. В этом
же направлении действует искусственное орошение. А все это влияет на
тепло- и влагообмен между подстилающей поверхностью и атмосферой, а
значит, и на циркуляцию атмосферы.
В густонаселенных районах Земли в результате все возрастающего
количества сжигаемого топлива содержание углекислого газа в воздухе
повысилось на 10... 15 % и, по данным М. И. Буды-ко, продолжает
повышаться на 0,2 % в год (от его общего количества). Это вследствие
оранжерейного эффекта привело к повышению глобальной температуры
воздуха за последнее столетие примерно на 0,6 °С, и тенденция к ее
повышению сохраняется.
По оценкам М. И. Будыко (1992), развитие потепления в первой
четверти XXI в. более заметно проявится в высоких широтах, чем в низких,
причем в холодное время будет более выражено, чем в теплое; количество
осадков в умеренных широтах также возрастет.
В результате потепления следует ожидать таяния ледников и, как
следствие этого, повышения общего уровня Мирового океана. По подсчетам
американских ученых, уже в ближайшие 25 лет его уровень поднимется
почти на 10 см в районе Североамериканского континента.
Глобальное изменение климата определенным образом будет влиять и
на сельскохозяйственное производство. Поэтому этой проблемой занимаются
ученые многих стран, проходят международные конференции, организуемые
Всемирной метеорологической организацией. Климат - «ничей», он —
общемировое достояние, условие нормальной жизни всех людей Земли.
4. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ОЦЕНКА КЛИМАТА
Климат определяет географическое распространение и успешность
возделывания всех сельскохозяйственных культур, условия выпаса и
содержания животных. Для того чтобы эффективно использовать
потенциальные возможности, а также уменьшать ущерб от неблагоприятных
для сельскохозяйственного производства погодных явлений, вредителей и
болезней сельскохозяйственных культур, необходимо изучение климата. Для
этих целей устанавливаются количественные показатели влияния факторов
климата на объекты и процессы сельскохозяйственного производства.
МЕТОДИКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ КЛИМАТА
Основы методики агроклиматической оценки территории начали
разрабатывать в начале XIX в. А. И. Воейков и П. И. Броу-нов. Их идеи
получили развитие в исследованиях Г. Т. Се-лянинова, П. И. Колоскова, Ф.
Ф. Давитая, Л. Н. Бабушкина, И. А. Гольцберг, С. А. Сапожниковой, А. И.
Руденко, Ю. И. Чиркова, Д. И. Шашко, А. М. Шульгина, А. Р.
Константинова, А. П. Федосеева и других ученых. За рубежом в этом
направлении работали Б. Ливингстон, Дж. Ацци, Е. Никольс и др. В основу
методики сельскохозяйственной оценки климата положены законы
биологических наук (см. введение).
Газовый состав воздуха одинаков во всех климатических зонах.
Световой режим в условиях оптимальной густоты стояния растений обычно
не лимитирует их рост и развитие (за исключением полярных районов в
период прохождения растениями световой стадии развития). Продуктивность
растений в основном определяется количеством тепла и влаги.
Поэтому изучение климата для сельскохозяйственных целей
складывается главным образом из оценки:
- термических и частично световых ресурсов вегетационного периода и
его отдельных частей;
- ресурсов увлажнения вегетационного периода и его отдельных частей;
условий перезимовки растений;
- микроклимата;
- неблагоприятных (опасных) для сельскохозяйственного производства
гидрометеорологических явлений.
Наряду с этим при сельскохозяйственной оценке климата необходимо знать требования, предъявляемые биологическими объектами к
климату, а именно: их критические и оптимальные температуры, суммы
температур, необходимые для роста и развития, количество влаги,
обеспечивающее создание высокого урожая, и др.
Сопоставление
агроклиматических
ресурсов
и
требований
биологических объектов позволяет определить степень соответствия между
ними. Знание ресурсов необходимо и при разработке комплекса
агротехнических мероприятий, воздействующих на режим света, тепла, влаги
с целью изменения агрометеорологических факторов в благоприятную для
сельскохозяйственных объектов сторону.
При сельскохозяйственной оценке климата учитываются не только
средние многолетние значения (нормы), но и повторяемости и
обеспеченности основных факторов климата и опасных для сельского
хозяйства метеорологических явлений.
5. АГРОКЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ
СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ.
ЛЕКЦИЯ 2
Строение атмосферы.
1.
2.
3.
4.
5.
План:
Значение климата и погоды в сельском хозяйстве.
Строение атмосферы
Предмет, задачи и методы исследования в метеорологии
История развития метеорологии
Система Гидрометслужбы в России и Ставропольском крае.
6. Атмосферное давление.
1.ЗНАЧЕНИЕ КЛИМАТА И ПОГОДЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ:
Основная масса сельскохозяйственной продукции производится в
естественных природных условиях. Это своеобразный цех под открытым
небом. Объемы его производства и качество продукции зависят от
плодородия почвы, количества солнечного света, тепла, влаги, от уровня
культуры земледелия. Климат и погода
играют важнейшую роль в
сельскохозяйственном производстве.
Выдающийся русский ученый-почвовед В.В.Докучаев справедливо
считал, что “ почва и климат – суть основные и важнейшие факторы
земледелия – первые и неизбежные условия урожаев”.
Известно, что для успешного произрастания тех или иных растений
необходим соответствующий тепловой режим (определенная сумма
температур, отсутствие экстремальных их значений), а также различные
уровни увлажнения почвы в корнеобитаемом слое.
Особенно большое влияние на растениеводство оказывает резко
континентальный климат (территория Ставропольского края находится в
зоне резко континентального климата). Его характерная особенностьнесоответствие тепла и влаги. На юге территории России изобилие тепла и
света и недостаток влаги, и наоборот, на севере при хорошем увлажнении
большой недостаток тепла. И еще одна особенность- частая повторяемость
неблагоприятных
для
сельскохозяйственного
производства
метеорологических и агрометеорологических явлений – заморозков, засух,
суховеев, сильных ветров, пыльных бурь, градов, и т.д.
Большое влияние климат оказывает на распределение по земной
поверхности растительного и животного мира. Ч.Дарвин в своем труде “
Происхождение видов” указывал, что климатические условия играют
творческую роль в естественном отборе видов растений и животных.
Пример: тропики- тундра.
Климатические условия оказывают определяющее влияние не только на
географию культурных растений, но и на их жизненный ритм, на порядок
следования фенологических фаз, на продуктивность и урожайность. Пример:
озимые-яровые культуры, плодовые культуры зимой выдерживают
понижение температур воздуха до –20…-24°, а корневая система только до –
6..-7°.
Погодные условия оказывают влияние не только непосредственно на
рост и развитие растений, но и на проведение полевых с\хоз. Работ, на
производительность машин и работ. Вам всем известно, что 1. Дождь во
время уборки – вызывает повышенную влажность зерна и соломы,
затрудняет работу комбайнов по обмолоту зерна. 2. Весной эффективность
применения удобрений зависит не только от фазы развития растений, но и от
влажности почвы. Внесение удобрений в сухую почву не только не дает
желательного результата, но и может оказать и обратное действие. 3, Для
сохранения влаги в почве проводятся мелкие культивации и боронования,
чтобы создать прослойку между сухим воздухом и влажной почвой и
наоборот, прикатывание почвы помогает подтянуть влагу из ниже лежащих
слоев к верхним.
Для успешного использования климатических и погодных условий в
с\хоз. Производстве надо, чтобы специалисты аграрники имели необходимые
знания по с\хоз. Метеорологии и агроклиматологии.
Земной шар со всех сторон окружен воздушной оболочкой- это
атмосфера. В ней происходят разнообразные физические процессы и явления
( охлаждение водяного пара до твердокристаллического состояния- град-,
электрические явления- молния, движение воздушных масс – ветер и т.д.).
2.СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ:
Атмосферой называется газообразная оболочка Земли. Она является
средой обитания всех земных организмов. Простирается до высоты около
20км. В атмосфере происходят физические явления и процессы,
представляющие собой погоду, которая в совокупности за много лет дает
климат.
Атмосфера состоит из смеси газов: азот – 78%, кислород –21%, аргон0,93%, углекислый газ –0,03%, затем гелий, неон, криптон, озон, радий, йод,
метан. Озон- это трехатомный кислород на высоте от 25 до 50км, поглощает
ультрафиолетовую радиацию. Особенно важное значение для жизни на земле
имеют атмосферные процессы, происходящие в тропосфере – облака, осадки,
грады, атмосферные фронты.
От Земли до высоты 5-10метров – приземный слой.
До высоты 9-11км, в тропиках до 15-17км – тропосфера. В ней
температура с высотой падает на 0.6° на каждые 100м, на границе
температура равна –50°, -70°.В ней находится три четвертых всей массы
водяного пара.
До высоты 50-60км располагается стратосфера - в ней температура с
высотой растет, минимум водяного пара.
До высоты 80-85км располагается мезосфера – в ней температура с
высотой падает, очень разреженный воздух, наблюдаются серебристые
облака.
До высоты 1000км располагается ионосфера – в ней воздух разрежен,
его массы составляет 0,5% всей массы атмосферной оболочки Земли,
температура воздуха – высокая, сильная ионизация воздуха, отмечаются
полярные сияния.
Далее располагается экзосфера – это сфера рассеивания газов- гелий,
водород уходят в космос
3. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ
НАУКА, изучающая воздушную оболочку Земли, ее атмосферу и
происходящие в ней физические процессы, называется МЕТЕОРОЛОГИЕЙ.
НАУКА,
изучающая
метеорологические,
климатические,
гидрологические, почвенные условия в их взаимодействии с объектами и
процессами с\хоз. Производства называется агрометеорологией или с\хоз.
Метеорологией.
Агрометеорология изучает климат, погоду и водный режим полей как
важнейших
компонентов
среды,
как
условий
существования
сельскохозяйственных объектов – растений. Агрометеорология находится на
стыке наук – биологии, почвоведения, климатологии, метеорологии.
Задачи агрометеорологии:
-изучение и описание метеорологических и климатических условий
сельскохозяйственного производства
-количественная оценка влияния погоды на растения и животных
-агрометеорологические прогнозы урожайности, состояния растений,
тепло и влагообеспеченности.
-агроклиматическое районирование новых сортов.
-агроклиматическое обоснование применения агротехнических приемов
( орошение, осушение).
-разработка методов борьбы с ОЯ и НЯ.
-при выборе проектных и плановых решений (размещение с\хоз.
культур, пород животных, при планировании урожая, потребности в
удобрениях и ядохимикатах, норм полива).
Методы агрометеорологических исследований:
1. Сопряженных или параллельных наблюдений за метеорологическими
условиями и состоянием растений
2. Учащенных сроков посева
3. Географических посевов
4. Экспериментально-полевой ( фитотроны, теплицы)
5. Дистанционных наблюдений (наземные приборы, автообследования,
самолетные обследования, фото со спутников).
6. Метод математической статистики
7. Математическое и динамическое моделирование.
8. Картографический – использование разнообразных карт для выявления
микроклиматических особенностей территории.
Биологические
законы
земледелия
и
растениеводства,
используемые в агрометеорологии:
-закон неравноценности факторов среды для растений. Основные
факторы: свет, тепло, воздух, влага, почва – одинаково необходимы
растениям. Второстепенные факторы – ветер, облачность, туман, крутизна
склонов, их ориентация. Они усиливают или ослабляют действие основных
факторов.
-закон равнозначности основных факторов жизни. “ Все факторы
значимы и незаменимы”. Так свет нельзя заменить теплом, тепло-влагой.
Они все необходимы, отсутствие хотя бы одного из них приводит к гибели
растений.
-закон минимума- (лимитирующий фактор), т.е. урожайность зависит
от фактора, находящегося в минимуме. Так в засушливых условиях
количество влаги определяет величину урожая.
-закон оптимума- т.е. наивысшая продуктивность растений
обеспечивается только оптимальным сочетанием всех факторов, влияющих
на рост и развитие растений.
-закон критических периодов- в жизни растений есть отдельны,
наиболее уязвимые периоды развития (выход в трубку, колошение, молочная
спелость).
-закон фотопериодической реакции (или физиологических часов)т.е. растения реагируют на изменение длины дня (растения длинного и
короткого дня).
-закон плодосмены – т.е. чередование культур в процессе
севооборота позволяет получить более высокие урожаи, чем при повторных
посевах одной и той же культуры на одном месте.
4. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АГРОМЕТЕОРОЛОГИИ.
Основоположниками науки агрометеорологии русские ученые
Воейков и Броунов. В 1884 году Воейков в книге “ Климаты Земли, в
особенности России” дал оценку агроклиматических ресурсов территории
России для возделывания кукурузы на зерно и фураж, развития орошаемого
земледелия на юге, хлопководства в Средней Азии, субтропических культур
на Черноморском побережье и в Закавказье ( чай, цитрусовые).
1885 год- организовано 12 агрометстанций.
1897год- организация Метеорологического бюро при Департаменте
земледелия.
1901 год- издание “Трудов по сельскохозяйственной метеорологии”.
1921 год – декрет об образовании гидрометеорологической сети
наблюдений.
1948годобразование
Одесского
гидрометеорологического
института.
1960год – разработаны методики основных агрометеорологичесих
прогнозов.
1977 год – образование ВНИИСХМ.
На территории Ставропольского края образование станций и постов
см. в приложении.
5. СТРОЕНИЕ ГИДРОМЕТСЛУЖБЫ РОССИИ:
-Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу
окружающей среды
-36
межрегиональных
территориальных
управлений
по
гидрометеорологии.
-123 краевых, областных гидрометцентров, обсерваторий, бюро.
-сетевые наблюдательные подразделения ( станции, посты,
химлаборатории).
В системе гидрометслужбы России есть три научноисследовательских
института, один ВУЗ ( Санкт-Петербург), 6
гидрометтехникумов ( ближайшие – Ростовский и Туапсинский), 17 кораблей
погоды, базы зимовки а Арктике и Антарктике, метеорологические спутники
погоды, противоградовые службы по воздействию на градовые облака.
Росгидромет и все его структурные подразделения являются членами
ВМО – Всемирной метеорологической организации, которая образована в
1950 году под эгидой ООН. Штаб-квартира в Женеве Швейцария. Ежегодно,
начиная с 1961 года мировым метеорологическим сообществом 23 марта
отмечается Всемирный метеорологический День ( профессиональный
праздник ). Существуют три международных центра по сбору и обработке
метеорологических данных – Вашингтон, Москва, Мельбурн. Зачем создана
ВМО? – воздушные массы передвигаются вне зависимости от границ
государств. Так основная масса влаги на территорию России приходит с
запада и северо-запада (с Атлантики, течение Гольфстрим). Во время
холодной войны был проект метеорологической войны.
Особенность гидрометслужбы Земли - во всем мире в одно и то же
время (по Гринвичу) проводятся все виды гидрометеорологических
наблюдений по одним и тем же методикам, правилам, с тем, чтобы их можно
было сравнить.
Являясь частью Российской и Мировой Службы погоды
Ставропольский гидрометцентр участвует в создании мирового банка данных
метеорологической информации, а также работает в интересах улучшения
метеорологического обеспечения населения края, безопасного и
интенсивного функционирования всех отраслей экономики края.
В СОСТАВ СТАВРОПОЛЬСКОГО ГИДРОМЕТЦЕНТРА ВХОДЯТ:
17 гидрометеорологических станций, 5 агрометеорологических
постов, 2 авиаметеорологические станции (Ставрополь, Мин-Воды),2
аэрологические станции (Дивное, Мин-Воды), одна Агрометеорологическая
станция (Буденновск), одна гидрологическая (Пятигорск),19
гидрологических постов, две химлаборатории по мониторингу загрязнения
воздуха (Ставрополь) и воды (Невинномысск), 35 постов по загрязнению.
Подробней о наблюдениях на всех подразделениях, о программе наблюдений
по агрометеорологии.
6. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ.
Атмосферное
давление
является
одним
из
важнейших
метеорологических элементов в жизни человека и его хозяйственной
деятельности. Изменения атмосферного давления во времени отражают
особенности развития погоды (прохождение атмосферных фронтов,
циклонов и антициклонов. Уменьшение давления с высотой ограничивает
пребывание живых организмов в естественных условиях определенным
уровнем
АТМОСФЕРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ называют гидростатическое давление,
оказываемое атмосферным воздухом на все находящиеся в нем предметы
Предположения о наличии атмосферного давления было сделано в
первой половине 17 века Галилеем и экспериментально подтверждено
Торричели. Атмосферное давление в любой точке атмосферы определяется
массой вертикального столба вышележащего воздуха, простирающегося до
пределов атмосферы. Каждый слой атмосферного воздуха испытывает
давление выше лежащих слоев и в свою очередь оказывает давление на ниже
лежащие слои. Давление с высотой убывает- на высоте 500 м оно примерно в
два раза меньше, чем на уровне моря. Для сравнимости результатов
наблюдений за давлением на всех метеостанциях оно приводится к давлению
на уровне моря (по переводным таблицам, рассчитанным по формуле
Лапласа). На синоптических картах погоды атмосферное давление
наносится приведенное к уровню моря.
Расчетным путем определена барическая ступень, т.е. то расстояние по
вертикали, на котором давление меняется на единицу (1мбар) – при условии,
если температура воздуха около 0°, давление на уровне моря около
1000мбар, то барическая ступень равна 8м на 1мбар.( т.е. на каждые 8 метров
вверх давление падает на 1мбар).
Для чего необходимо знать давление в сельскохозяйственном
производстве? – при барометрических нивелировках местности, при
краткосрочных предсказаниях погоды по местным признакам.
Кроме абсолютного значения атмосферного давления на метеостанциях
определяется
значение и характер барической тенденции Значение
тенденции определяют по изменению давления за 3 часа между сроками
наблюдений, а ее характер - по результатам учащенных наблюдений.
Значение и характеристика барической тенденции используется при
прогнозировании атмосферных процессов (давление падает или растет)
Единицей атмосферного давления в системе СИ является ПАСКАЛЬ
(ПА), а также миллибар и миллиметр ртутного столба ( МБАР, ММ.РТ.СТ.).
Соотношение этих единиц следующее:
1ПА = 10²мбар = 10² .0.75 мм.рт.ст.
1МБАР =10² Па =0.75мм.рт.ст.
1ММ.РТ.Ст. =133.3224Па =1,3332 мбар
Атмосферное давление в горизонтальном направлении распределяется
неравномерно и характер этого распределения непрерывно меняется. В
каждой точке атмосферное давление испытывает небольшие периодические
колебания. Так на уровне моря давление может колебаться в пределах от 885
до 1080 мбар, среднее давление – 1000мбар.
По г. Ставрополю: высота над уровнем моря юго-западных районов –644м,
восточных районов ( Туапсинка) – 482м. разница составляет 162м.
Среднее атмосферное давление в Ставрополе =723мм.рт.ст. или 964мбар.
ИЗОБАРЫ – линии, соединяющие точки с одинаковым атмосферным
давлением.
Атмосферное
давление
является
одним
из
важнейших
метеорологических элементов в жизни человека и его хозяйственной
деятельности. Изменения атмосферного давления во времени отражают
особенности развития погоды (прохождение атмосферных фронтов,
циклонов и антициклонов. Уменьшение давления с высотой ограничивает
пребывание живых организмов в естественных условиях определенным
уровнем
ЛЕКЦИЯ 3
Лучистая энергия в атмосфере и на земной поверхности.
План:
1.Значение солнечной радиации для жизни на Земле.
2.Виды солнечной радиации.
3.Спектральный состав лучистой энергии, ее биологическое значение.
4.ФАР (фотосинтетически активная радиация).
1.Значение солнечной радиации для жизни на Земле.
Основным источником энергии на Земле для всего живого ( растений,
животных и человека) является энергия солнца. Рост и развитие растений
представляют собой процесс усвоения и переработки солнечной энергии,
поэтому сельскохозяйственное производство возможно только при условии
поступления солнечной энергии на поверхность Земли. Русский ученый К.А.
Тимирязьев писал: « Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего
воздуха, солнечного света, целую речку чистой воды, попросите, чтобы из
всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно, и он решит, что
вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим
человеку, беспрепятственно совершается в зеленых листьях растений под
действием энергии Солнца». Подсчитано, что 1 кв. метр листьев за час
продуцирует грамм сахара
В связи с тем, что Земля окружена сплошной оболочкой атмосферы,
солнечные лучи, прежде чем достичь поверхности земли, проходят всю
толщу атмосферы, которая частично отражает их, частично рассеивает, т.е.
изменяет количество и качество солнечного света, поступающего на
поверхность земли.
Растения получают в основном прямую и рассеянную радиацию, и в
меньшей степени – отраженную. Соотношение всех видов радиации
постоянно меняется в зависимости от составляющих атмосферу газов, паров
воды, кристаллов льда, пыли и высоты солнца над горизонтом. Высота
солнца меняется в зависимости от: 1. Географической широты, 2. Месяца или
сезона года, 3. От времени суток.
Дать рисунок - угол падания солнечного луча в зависимости от
географического местоположения
Важнейшая особенность растений- их приспособленность к
определенному световому дню. От высоты солнца зависит мощность
светового потока. Реакция растений на продолжительность освещения
называется фотопериодизмом. Растения делятся на три группы:
1. Растения длинного дня – пшеница, ячмень, овес, лен, горох, клевермогут расти в северных широтах, продолжительность дня до 12-13час.
2. Растения короткого дня – соя, рис, просо, сорго, кукуруза, хлопчатник
– требуют много тепла, продолжительность дня 10-12час.
3.
Нейтральные – гречиха, бобовые, томат, ревень.
В тропиках и субтропиках количество солнечного света за период
вегетации очень велико. ( богатые растительной и животной жизнью
тропические леса). В более высоких широтах ( на север в северном
полушарии) увеличивается период рассвета и сумерек, отмечается полярная
ночь и день. ( растительность тундры). В середине лета на всех
географических широтах высота солнца наибольшая. Солнечная энергия
влияет на химический состав растений – сахаристость.
Солнечная радиация состоит из
трех составляющих: прямой
солнечной радиации, рассеянной и суммарной .
2.Виды солнечной радиации.
ПРЯМАЯ СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ – S – это поток солнечных
лучей, непосредственно падающих на поверхность Земли. ЕЕ интенсивность
измеряется в калориях на см. кв. в минуту. Она зависит от высоты солнца и
состояния атмосферы ( облачность, пыль, водяной пар). Годовая сумма
прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность территории
Ставропольского края составляет 65-76 ккал./см.кв./ мин. На уровне моря при
высоком положении Солнца ( лето, полдень) и хорошей прозрачности
прямая солнечная радиация составляет 1.5 кал/см.кв./мин. Это
коротковолновая часть спектра. Измеряется она актинометром.
S = S sin ho – вертикальная составляющая прямой солнечной
радиации.
РАССЕЯННАЯ РАДИАЦИЯ – D – часть солнечной радиации в
результате рассеяния атмосферой уходит обратно в космос, но значительная
ее часть поступает на Землю в виде рассеянной радиации. Максимум
рассеянной радиации + 1 кал/ см.кв./мин. Отмечается при чистом небе, или
если на нем высокие облака. При пасмурном небе спектр рассеянной
радиации сходен с
солнечным. Измеряется прибором пиранометром,
затененным от прямой радиации. Это коротковолновая часть спектра. Длина
волны 0.17-4мк.
СУММАРНАЯ РАДИАЦИЯ- Q- состоит из рассеянной и прямой
радиации на горизонтальную поверхность. Q= D+S
S -Прямая солнечная радиация на горизонтальную поверхность
S = S sin
Суммарная радиация в пасмурную погоду состоит из одной
рассеянной радиации.
Q=D , максимум суммарной радиации =2.1 кал.кв.см.в мин. Измеряется
пиранометром без его затенения.
ОТРАЖЕННАЯ СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ. АЛЬБЕДО. Суммарная
радиация, дошедшая до земной поверхности, частично отражаясь от нее,
создает отраженную солнечную радиацию (RK), направленную от земной
поверхности в атмосферу. Значение отраженной радиации в значительной
степени зависит от свойств и состояния отражающей поверхности: цвета,
шероховатости, влажности и др. Отражательную способность любой
поверхности можно характеризовать величиной ее альбедо (Ак), под
которым понимают отношение отраженной солнечной радиации к
суммарной. Альбедо обычно выражают в процентах:
А = %.
Наблюдения показывают, что альбедо различных поверхностей
изменяется в сравнительно узких пределах (10...30 %), исключение
составляют снег и вода.
Альбедо зависит от влажности почвы, с возрастанием которой оно
уменьшается, что имеет важное значение в процессе изменения теплового
режима орошаемых полей. Вследствие уменьшения альбедо при увлажнении
почвы увеличивается поглощаемая радиация. Альбедо различных
поверхностей имеет хорошо выраженный дневной и годовой ход,
обусловленный зависимостью альбедо от высоты Солнца. Наименьшее
значение альбедо наблюдают в околополуденные часы, а в течение года —
летом.
Собственное излучение Земли и встречное излучение атмосферы.
Эффективное излучение. Земная поверхность как физическое тело, имеющее
температуру выше абсолютного нуля (-273 °С), является источником
излучения, которое называют собственным излучением Земли (Е3). Оно
направлено в атмосферу и почти полностью поглощается водяным паром,
капельками воды и углекислым газом, содержащимися в воздухе. Излучение
Земли зависит от температуры ее поверхности:
Е3 = 8аТ4,
где 5 - относительная излучательная способность земной поверхности. Для
чернозема 5 = 0,87, для песка — 0,89, для луга — 0,94, для воды — 0,96; а —
постоянная Стефана-Больцмана, а = 5,67 • 10~8 Вт/(м2 ■ К4); Т—
абсолютная температура поверхности, К.
Атмосфера, поглощая небольшое количество солнечной радиации и
практически всю энергию, излучаемую земной поверхностью, нагревается и,
в свою очередь, также излучает энергию. Около 30 % атмосферной радиации
уходит в космическое пространство, а около 70 % приходит к поверхности
Земли и называется встречным излучением атмосферы (Еа).
Количество энергии, излучаемое атмосферой, прямо пропорционально
ее температуре, содержанию углекислого газа, озона и облачности.
Поверхность Земли поглощает это встречное излучение почти целиком
(на 90...99 %). Таким образом, оно является для земной поверхности важным
источником тепла в дополнение к поглощаемой солнечной радиации. Это
влияние атмосферы на тепловой режим Земли называют парниковым или
оранжерейным эффектом вследствие внешней аналогии с действием стекол в
парниках и оранжереях. Стекло хорошо пропускает солнечные лучи,
нагревающие почву и растения, но задерживает тепловое излучение
нагревшейся почвы и растений.
Разность между собственным излучением поверхности Земли и встречным
излучением атмосферы называют эффективным излучением: Ел.
В ясные и малооблачные ночи эффективное излучение гораздо больше,
чем в пасмурные, поэтому больше и ночное охлаждение земной поверхности.
Днем оно перекрывается поглощенной суммарной радиацией, вследствие
чего температура поверхности повышается. При этом растет и эффективное
излучение. Земная поверхность в средних широтах теряет за счет
эффективного излучения 70...140 Вт/м2, что составляет примерно половину
того количества тепла, которое она получает от поглощения солнечной
радиации.
Разность между приходящими и уходящими потоками лучистой
энергии называют радиационным балансом земной поверхности (В).
Приходная часть радиационного баланса земной поверхности днем
состоит из прямой солнечной и рассеянной радиации, а также излучения
атмосферы. Расходной частью баланса являются излучение земной
поверхности и отраженная солнечная радиация:
D+ Ea- Е3Уравнение можно записать и в другом виде: B = Q-RK~ Еэф.
Для ночного времени уравнение радиационного баланса имеет следующий
вид:
В = Еа — Е3, или В = —Еэф.
Если приход радиации больше, чем расход, то радиационный баланс
положительный и деятельная поверхность* нагревается. При отрицательном
балансе она охлаждается. Летом радиационный баланс днем положительный,
а ночью — отрицательный. Переход через ноль происходит утром примерно
через 1 ч после восхода Солнца, а вечером за 1...2 ч до захода Солнца.
Годовой радиационный баланс в районах, где устанавливается устойчивый
снежный покров, в холодное время года имеет отрицательные значения, в
теплое — положительные.
Изменчивость средних многолетних годовых сумм радиационного
баланса на территории России, как и суммарной радиации, носит в целом
широтный характер (рис. 2.2, б). В высоких широтах радиационный баланс
суши в среднем близок к нулю, а на юге достигает 1500...1700 МДж/(м2 •
год).
Радиационный баланс земной поверхности существенно влияет на
распределение температуры в почве и приземном слое атмосферы, а также на
процессы испарения и снеготаяния, образование туманов и заморозков,
изменение свойств воздушных масс (их трансформацию).
Знание радиационного режима сельскохозяйственных угодий позволяет
рассчитывать количество радиации, поглощенной посевами и почвой в
зависимости от высоты Солнца, структуры посева, фазы развития растений.
Данные о режиме необходимы и для оценки разных приемов регулирования
температуры и влажности почвы, испарения, от которых зависят рост и
развитие растений, формирование урожая, его количество и качество.
Эффективными агрономическими приемами воздействия на
радиационный, а следовательно, и на тепловой режим деятельной
поверхности является мульчирование (покрытие почвы тонким слоем
торфяной крошки, перепревшим навозом, древесными опилками и др.),
укрытие почвы полиэтиленовой пленкой, орошение. Все это изменяет
отражательную и поглощательную способность деятельной поверхности.
* Деятельная поверхность - поверхность почвы, воды или
растительности, которая непосредственно поглощает солнечную и
атмосферную радиацию и отдает излучение в атмосферу, чем регулирует
термический режим прилегающих слоев воздуха и нижележащих слоев
почвы, воды, растительности.
3.Спектральный состав лучистой энергии, ее биологическое значение.
Лучистая радиация состоит из электромагнитных волн различной
длины (А,). В актинометрии эту длину чаще всего выражают в микрометрах
(1 мкм = 10~6 м), а иногда в нанометрах (1 нм = Ю-9 м).
Потоки лучистой энергии по длине волн условно делят на коротковолновую (X < 4 мкм) и длинноволновую (А. > 4 мкм) радиацию.
Спектр солнечной радиации на границе земной атмосферы практически
заключается между длинами волн 0,17 и 4 мкм, а земного и атмосферного
излучения — от 4 до 120 мкм. Следовательно, потоки солнечного излучения
(S, D, RK) относятся к коротковолновой радиации, а излучение Земли (£3) и
атмосферы (Еа) — к длинноволновой.
Спектр солнечной радиации можно разделить на три качественно
различные части: ультрафиолетовую (А. < 0,40 мкм), видимую (0,40 мкм < X
< 0,75 мкм) и ближнюю инфракрасную (0,76 мкм < А. < 4 мкм). До
ультрафиолетовой части спектра солнечной радиации лежит рентгеновское
излучение, а за инфракрасной — радиоизлучение Солнца. На верхней
границе атмосферы на ультрафиолетовую часть спектра приходится около 7
% энергии солнечного излучения, 46 — на видимую и 47 % — на
инфракрасную.
Радиацию, излучаемую Землей и атмосферой, называют дальней
инфракрасной радиацией.
Биологическое действие разных видов радиации на растения различно.
Ультрафиолетовая радиация замедляет ростовые процессы, но ускоряет
прохождение этапов формирования репродуктивных органов у растений.
Значение ближней инфракрасной радиации, которая активно
поглощается водой листьев и стеблей растений, состоит в ее тепловом
эффекте, что существенно влияет на рост и развитие растений.
Дальняя инфракрасная радиация производит лишь тепловое действие на
растения. Ее влияние на рост и развитие растений несущественно.
Видимая часть солнечного спектра, во-первых, создает освещенность. Вовторых, с областью видимой радиации почти совпадает (захватывая частично
область ультрафиолетовой радиации) так называемая физиологическая
радиация (А, = = 0,35...0,75 мкм), которая поглощается пигментами листа. Ее
энергия имеет важное регуляторно-энергетическое значение в жизни
растений. В пределах этого участка спектра выделяется область
фотосинтетически активной радиации.
4.ФАР (фотосинтетически активная радиация).
Фотосинтетически активная радиация. В процессе фотосинтеза
используется не весь спектр солнечной радиации, а только его
часть, находящаяся в интервале длин волн 0,38...0,71 мкм, — фотосинтетически активная радиация (ФАР).
Известно, что видимая радиация, воспринимаемая глазом человека как
белый цвет, состоит из цветных лучей: красных, оранжевых, желтых,
зеленых, голубых, синих и фиолетовых.
Усвоение энергии солнечной радиации листьями растений селективно
(избирательно). Наиболее интенсивно листья поглощают сине-фиолетовые
(X = 0,48...0,40 мкм) и оранжево-красные (X = 0,65. ..0,68 мкм) лучи, менее
— желто-зеленые (А. = 0,58...0,50 мкм) и дальние красные (А. > 0,69 мкм)
лучи.
У земной поверхности максимум энергии в спектре прямой солнечной
радиации, когда Солнце находится высоко, приходится на область желтозеленых лучей (диск Солнца желтый). Когда же Солнце располагается у
горизонта, максимальную энергию имеют дальние красные лучи (солнечный
диск красный). Поэтому энергия прямого солнечного света мало участвует в
процессе фотосинтеза.
Прямая солнечная радиация, проходя через атмосферу, частично
рассеивается. В чистом и сухом воздухе интенсивность коэффициента
молекулярного рассеяния подчиняется закону Релея:
к= с/х4,
где С — коэффициент, зависящий от числа молекул газа в единице объема; X
— длина рассеиваемой волны.
Поскольку длина дальних волн красного света почти вдвое больше
длины волн фиолетового света, первые рассеиваются молекулами воздуха в
14 раз меньше, чем вторые. Так как первоначальная энергия (до рассеяния)
фиолетовых лучей меньше, чем синих и голубых, то максимум энергии в
рассеянном свете (рассеянной солнечной радиации) смещается на синеголубые лучи, что и обусловливает голубой цвет неба. Таким образом,
рассеянная радиация более богата фотосинтетически активными лучами, чем
прямая.
В воздухе, содержащем примеси (мелкие капельки воды, кристаллики
льда, пылинки и т. д.), рассеяние одинаково для всех участков видимой
радиации. Поэтому небо приобретает белесоватый оттенок (появляется
дымка). Облачные же элементы (крупные капельки и кристаллики) вообще
не рассеивают солнечные лучи, а диффузно их отражают. В результате
облака, освещенные Солнцем, имеют белый цвет.
Так как ФАР является одним из важнейших факторов продуктивности
сельскохозяйственных растений, информация о количестве поступающей
ФАР, учет ее распределения по территории и во времени имеют большое
практическое значение.
Интенсивность ФАР можно измерить, но для этого необходимы
специальные светофильтры, пропускающие только волны в диапазоне
0,38...0,71 мкм.
Освещенность и растения. Живые организмы чутко реагируют на
изменение
интенсивности
освещенности,
создаваемой
солнечным
излучением. Вследствие различной реакции на интенсивность освещенности
все формы растительности делят на светолюбивые и теневыносливые.
Недостаточная освещенность в посевах обусловливает, например, слабую
дифференциацию тканей соломины зерновых культур. В результате
уменьшаются крепость и эластичность тканей, что часто приводит к полеганию посевов. В загущенных посевах кукурузы из-за слабой освещенности
солнечной радиацией ослабляется образование початков на растениях.
Солнечная радиация влияет на химический состав сельскохозяйственной продукции. Например, сахаристость свеклы и плодов,
содержание белка в зерне пшеницы непосредственно зависят от числа
солнечных дней. Количество масла в семенах подсолнечника, льна также
возрастает с увеличением прихода солнечной радиации.
Освещенность надземной части растений существенно влияет на поглощение
корнями питательных веществ. При слабой освещенности замедляется
перевод ассимилятов в корни, и в ре-, зультате тормозятся биосинтетические
процессы, происходящие в клетках растений.
Освещенность влияет и на появление, распространение и развитие
болезней растений. Период заражения состоит из двух фаз, различающихся
между собой по реакции на световой фактор. Первая из них - собственно
прорастание спор и проникновение заразного начала в ткани поражаемой
культуры — в большинстве случаев не зависит от наличия и интенсивности
света. Вторая - после прорастания спор — наиболее активно проходит при
повышенной освещенности.
Положительное действие света сказывается также на скорости развития
патогена в растении-хозяине. Особенно четко это проявляется у ржавчинных
грибов. Чем больше света, тем короче инкубационный период у линейной
ржавчины пшеницы, желтой ржавчины ячменя, ржавчины льна и фасоли и т.
д. А это увеличивает число генераций гриба и повышает интенсивность
поражения. В условиях интенсивного освещения у этого патогена возрастает
плодовитость
. Ритм солнечной радиации (чередование светлой и темной части суток)
является
наиболее устойчивым и повторяющимся из года в год фактором
внешней среды. В результате многолетних исследований физиологами установлена зависимость перехода растений к генеративному развитию от
определенного соотношения длины дня и ночи. В связи с этим культуры по
фотопериодической реакции можно классифицировать по группам:
короткого дня, развитие которых задерживается при продолжительности дня
больше 10... 12 ч. Короткий день способствует закладке цветков, а длинный
день препятствует этому. К таким культурам относятся соя, рис, просо,
сорго, кукуруза и др.;
длинного дня, требующие для своего развития продолжительного освещения.
Их развитие ускоряется, когда продолжительность дня составляет около 20 ч.
К этим культурам относятся рожь, овес, пшеница, лен, горох, шпинат, клевер
и др.;
нейтральные по отношению к длине дня, развитие которых не зависит от
продолжительности дня, например томат, гречиха, бобовые, ревень.
Различные сорта культур как длинного, так и короткого дня в
зависимости от других факторов по-разному реагируют на длину дня и ночи.
В целом же растения длинного дня приспособлены к условиям высоких
широт, а короткого — низких широт.
Установлено, что для начала цветения растений необходимо
преобладание в лучистом потоке определенного спектрального состава.
Растения короткого дня быстрее развиваются, когда максимум излучения
приходится на сине-фиолетовые лучи, а растения длинного дня - на красные
лучи. Особенно сильно проявляется реакция растений по отношению к
спектральному составу радиации при отклонении продолжительности дня от
оптимальной.
Связь между длиной дня и фотопериодической реакцией растений
исследуют в опытах с географическими посевами культур и в опытах с
различными сроками сева, а также в фитотронах, позволяющих
устанавливать любую продолжительность дня.
Суточная продолжительность освещения земной поверхности Солнцем
определяется вращением Земли вокруг своей оси, наклоном этой оси к
плоскости земной орбиты, широтой места и склонением Солнца. Вращение
Земли обусловливает смену дня и ночи, остальные факторы вызывают
изменение длины дня и ночи в течение года.
Продолжительность светлой части суток (астрономическая длина дня)
зависит от времени года и географической широты. На экваторе
продолжительность дня в течение всего года равна 12 ч ± 30 мин. При
продвижении от экватора к полюсам после весеннего равноденствия (21.03)
длина дня увеличивается к северу и уменьшается к югу. После осеннего
равноденствия (23.09) распределение продолжительности дня обратное. В
Северном полушарии на 22.06 приходится самый длинный день,
продолжительность которого севернее Полярного круга 24 ч. Самый
короткий день в Северном полушарии 22.12, а за Полярным кругом в зимние
месяцы Солнце вообще не поднимается над горизонтом. В средних же
широтах, например в Москве, продолжительность дня в течение года
меняется от 7 до 17,5 ч.
При определении астрономической длины дня не учитывается вечерний
переходный период от захода Солнца до наступления ночной темноты
(вечерние сумерки) и утренний переходный период от окончания темноты до
восхода Солнца (утренние сумерки — рассвет). Во время сумерек
освещенность меняется от 650 до 1,0...0,1 лк в зависимости от облачности.
Для растений приход рассеянной радиации в некоторую часть сумерек
еще имеет физиологическое значение. Поэтому целесообразно учитывать
физиологически значимую для растений длину дня, тем более что в северных
районах продолжительность сумерек летом может достигать нескольких
часов. Физиологическая длина дня на 15-е число каждого месяца для
различных широт приведена в таблице 2.5.
При увеличении продолжительности дня в северных широтах в
вегетационный период удлиняется период фотосинтеза растений. В
результате луговые травы и кормовые культуры накапливают в течение
короткого лета большую растительную массу. В защищенном грунте (в
парниках, теплицах) даже на Крайнем Севере создается возможность для
выращивания овощей.
Продолжительность освещения имеет большое значение для
продуктивности сельскохозяйственных культур и качества продукции,
например для сахаристости сахарной свеклы, содержания масла в семенах
масличных культур и т. д.
Продолжительность освещения влияет и на развитие болезней растений.
Установлено, что большинство патогенов лучше развиваются в условиях
нормального суточного хода освещенности, чем при непрерывном действии
света. При увеличении продолжительности освещения ускоряется развитие
растений и возрастает их устойчивость к болезням. Например, оптимальные
условия для развития желтой ржавчины создаются при 12-часовом
освещении, мучнистой росы яровой пшеницы — при 8-часовом световом
дне, а клевер заражается фузариозом лишь при минимуме
продолжительности дневного освещения, причем наиболее сильно болезнь
развивается в условиях рассеянного освещения.
ЛЕКЦИЯ 4
Температурный режим почвы и воздуха
План:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Значение температуры почвы для растений
Суточный и годовой ход температуры почвы
Теплофизические свойства и влажность почвы
Замерзание и оттаивание почвы. Вечная мерзлота.
Снежный покров и температура почвы.
Тепловой режим атмосферы.
1.
Значение температуры почвы для растений.
Одним из важнейших факторов жизни растений является
температура почвы. Прорастание семян, развитие корневой системы,
жизнедеятельность почвенной микрофлоры, усвоение корнями продуктов
минерального питания, интенсивность разложения органических веществ с
повышением температуры почвы все эти процессы активизируются.
Значительные понижения температуры почвы зимой приводят к гибели
озимых культур, многолетних трав и плодовых культур. Прорастание семян
сельскохозяйственных культур происходит в среднем при температуре =
+3°+5°,а теплолюбивых (рис, хлопок) при температуре = +13°+15°.
Каждая последующая фаза развития требует более высокого минимума
температур – при раннем посеве в холодную почву появление всходов
задерживается, а корневая система продолжает расти. При позднем посеве,
когда температура нарастает быстро, ускоренно формируется надземная
часть растения, а корневая система отстает в росте. Что бы развивалось
хорошо корневая система (при страховании посевов от засухи) посев
начинают рано в холодную почву. А если необходимо быстрое развитие
надземной части растений (при борьбе с сорняками) посев оттягивают, чтобы
накопить влагу в почве и уничтожить проросшие сорняки.
Температура почвы играет большую роль в био и хим процессах по
усвоению питательных веществ
из почвы. При температуре = 5°
поступление азота и фосфора в растение в 3 раза меньше, чем при
температуре = 20°.
Биологический минимум и максимум температур ( град) прорастания семян.
Культура
Ячмень, овес, озимая пшеница
Гречиха
Подсолнечник
Кукуруза
Картофель
Горох
минимум
0-5
5
5-7
8-10
7-8
2-4
Максимум
31-37
37-44
37-41
44-50
30
30
Капуста
помидор, перец
дыня, огурец
Рис
Хлопок
10
12-15
15-18
10-12
13-15
30-35
35
44-50
40
41-50
2.Суточный и годовой ход температуры почвы.
Максимум температуры на поверхности почвы отмечается при
безоблачном небе в 13 часов. Минимум – перед восходом солнца. Под
влиянием осадков, облачности максимумы и минимумы смещаются.
Изменение температуры почвы в течение года называется годовым ходом.
На широте Ставрополя: максимум – в июне, минимум – январь-февраль.
Максимум и минимум с глубиной наступает позднее, чем на поверхности
почвы. Суточные – на каждые 10 см запаздывают на 2,5-3,5 часа, а годовые
на 1 м – на 20-30 суток.
Законы Фурье: т.е. как распространяется температура почвы вглубь.
3.Теплофизические свойства и влажность почвы.
Зависимость температуры почвы от ее физических свойств и
влажности очевидна.
Температурный режим почвы в основном обусловлен радиационным
балансом. При положительном балансе верхний слой почвы нагревается,
часть тепла отдается атмосфере часть идет на испарение, часть передается в
глубь почвы. При отрицательном радиационном балансе верхний слой
охлаждается и тогда тепло из глубины почвы поступает к ее поверхности.
Другие источники тепла почвы: разложение органических веществ, тепло
атмосферных осадков, внутреннее тепло земли.
Поглощение солнечных лучей почвой зависит от цвета почвы,
характера подстилающей поверхности (лес-пустыня). Темные почвы
поглощают тепловых лучей больше, чем светлые.
Тепловой режим почвы зависит от ее теплоемкости и тепло
проводимости. Удельная теплоемкость (С уд.) –это количество тепла
необходимое для нагревания 1 кг почвы на 1°С – Дж/кг.К.
Объемная теплоемкость (С об.) – это количество тепла (Дж),
необходимое для нагревания 1м3 почвы на 1°С = Дж/м3.К.
Соб = Суд* d
d – плотность почвы.
Теплоемкость зависит от соотношения в почве: твердой фазы,
воздуха, влаги. Рыхлая почва значительно лучше накапливает тепло, влажная
прогревается медленнее, но удерживает тепло дольше.
На тепловой режим почвы влияет так же расход тепла на испарение
влаги, содержащейся в почве. С поверхности влажной почвы идет более
интенсивное испарение, следовательно, большее количество приходящей
энергии солнца тратится на испарение. Такие почвы до просыхания остаются
холодными. Как только поток влаги из ниже лежащих слоев почвы к
поверхности прекратится, или значительно уменьшится, почва быстро и
сильно нагревается. Поэтому весной обрабатывая почву ( культивация,
боронование) мы сохраняем влагу и обеспечиваем более быстрое ее
прогревание.
Взаимосвязь температуры воздуха и температуры почвы очевидначем больше температура воздуха, тем больше нагревается поверхность
почвы. Если сравнить температуру поверхности почвы без растений и с
растительным покровом, то первая значительно выше.
Годовой ход температуры на поверхности максимальный - летом,
минимальный – зимой. Слой почвы, температура которой имеет суточный и
годовой ход, называется активным слоем. Распространение температурных
колебаний в глубь почвы происходит по законам Фурье:
1. Период колебаний с глубиной не изменяется (т.е. между максимумом
и минимумом = 24 часа или 12месяцев).
2. Если глубина растет в арифметической прогрессии, то амплитуда
температуры уменьшается в геометрической, т.е. с увеличением глубины,
амплитуда температуры быстро уменьшается.
Слой почвы, температура которого в течение суток не изменяется,
называется слоем постоянной суточной температуры. В средних широтах
этот слой на глубине 70-100 см. Слой постоянной годовой температуры в
средних широтах залегает глубже 15-20 м.
3. Максимальная и минимальная температура на глубине поступает
позднее, чем на поверхности почвы. Это запаздывание прямо
пропорционально глубине. Суточные максимумы и минимумы запаздывают
на каждые 10 см глубины на 2,5-3,5 часа, а годовые на каждый метр на 20-30
суток.
Практическое значение данных о температурах почвы: в сельском и
коммунальном хозяйствах, промышленном и дорожном строительстве.
4.Замерзание и оттаивание почвы. Вечная мерзлота.
Замерзание почвы происходит при отрицательной температуре.
Почвенная влага содержит различные соли, поэтому почва замерзает не при
0°С, а при температуре = -0,5°…-1,5°. Промерзание начинается с верхних
слоев почвы и в течение зимы распространяется в более глубокие горизонты.
Глубина промерзания почвы зависит от:
1. Суровости и продолжительности зимы
2. Высоты снежного покрова, например, в Восточном Казахстане
зимы суровые и продолжительные, высота снега мала, а глубина
промерзания достигает 2,5 м, а в Подмосковье почва обычно
промерзает до 1 м, так как много стега, а снег создает прослойку
между почвой и прилегающим слоем воздуха
3. Растительного покрова – на оголенных участках почва промерзает
больше, чем на участках с растительностью
4. От тепловых свойств почвы
5. От влажности почвы: сухие почвы промерзают глубже, чем
влажные
Весной, промерзший слой почвы оттаивает сверху под влиянием
прогрева поверхности, но так же и снизу за счет тепла от нижележащих
слоев. Глубина промерзания и оттаивания почвы на МС определяется с
помощью мерзлотомера Данилина (МД – 50).
Вечная мерзлота.
В северном полушарии находятся обширные районы, где почва даже
летом не оттаивает полностью. Мощность слоя вечной мерзлоты колеблется
от 1-2 м до сотни и более. В Якутии она достигает
1000-1500м.
Территория занятая вечной мерзлотой – часть Канады, Аляска, Гренландия, в
России – это 9 млн. км2. На юг она особенно далеко заходит в Забайкалье,
переходя местами на территорию Монголии. Южная граница вечной
мерзлоты в основном совпадает с изотермой среднегодовой температуры
воздуха –2°С. Летом верхние слои почвы в районе вечной мерзлоты на
севере оттаивают на несколько десятков см, а на юге на 10-15 м и более.
Вечная мерзлота на горе Железной.
5.Снежный покров и температура почвы.
Оголенная почва на склонах, прогревается сильнее, чем покрытая
растительностью. Например: склон крутизной 20-22°, 10 часов утра,
температура на оголенной почве –8,4°, покрытой травой –3,2°. В 14 часов –
температура оголенной = 16,1°, покрытой травой –6,2°. Растительный покров
затеняет поверхность почвы, поглощая значительную часть солнечной
радиации. Но в то же время он уменьшает охлаждение почвы. На паровом
участке летом слой почвы 0-20 см на 5°-6° теплей, такого же под растениями.
Особенно влияет на температуру почвы лес – среднегодовая температура
почвы в лесу на глубине 1 м на 1° ниже, чем в поле.
Снег защищает почву от охлаждения, так как теплопроводность его
мала. Глубина промерзания почвы уменьшается с увеличением высоты
снежного покрова. Защитное действие снега особенно важно для озимых
культур и плодовых деревьев. При снежном покрове 30 см озимые культуры
не вымерзают даже при сильных морозах. При высоте снежного покрова от 0
до 10 см разность температуры воздуха и почвы =1,1°С. При высоте снега 1120 см = 0,7°С.
Методы воздействия на температурный режим почвы: рыхление,
прикатывание почвы, грядки, гребни, мульчирование, полив, орошение,
дренирование заболоченных участков, посадка лесных полос.
Методы воздействия на температуру почвы.
В целях оптимизации температурного режима почвы проводят ряд
мероприятий. На севере страны они направлены на повышение
температурного режима почвы. На юге, где избыточное тепло угнетает
растение, мероприятия направлены на понижение температуры почвы.
Это: 1. Изменение теплообмена между почвой и воздухом при
помощи различных теплоизоляцией (снятие дернины, торфяного покрова
увеличивает температуру почвы на 0,5 – 1,0°). Снегозадержание уменьшает
охлаждение почвы. 2. Изменение альбедо почвы (рыхление снижает
температуру на 1-3°, прикатывание повышает на 1-2°. Изменение цвета
поверхности почвы – мульчирование – это покрытие торфом, соломой,
порошком угольной пыли, опилки, пленки 3. Увлажнение или осушение
почвы, т.е. изменяется расход воды на испарение, и она охлаждается или
нагревается.
Температуру почвы можно повысить путем создание гребней и гряд –
повышается количество поглощенной солнечной радиации, уменьшается
избыточное количество влаги. Например: выращивание овощей в северных
переувлажненных районах.
Лесополосы – понижают температуру почвы и повышают влажность
почвы в межполосных клетках.
6. Тепловой режим атмосферы.
Тепловым режимом атмосферы называют характер распределения и
изменения температуры в атмосфере. Тепловой режим атмосферы
определяется главным образом ее теплообменом с окружающей средой, т. е.
с деятельной поверхностью и космическим пространством.
За исключением верхних слоев, атмосфера поглощает солнечную
энергию сравнительно слабо. Основной источник нагревания нижних слоев
атмосферы — тепло, получаемое ими от деятельной поверхности. В дневные
часы, когда приход радиации преобладает над расходом, деятельная поверхность нагревается, становится теплее воздуха, и тепло передается от нее
воздуху. Ночью деятельная поверхность теряет тепло излучением и
становится холоднее воздуха. В этом случае воздух отдает тепло почве, в
результате чего сам он охлаждается. Перенос тепла между деятельной
поверхностью и атмосферой, а также в самой атмосфере осуществляется
следующими процессами.
Молекулярная
теплопроводность.
Воздух,
непосредственно
соприкасающийся с деятельной поверхностью, обменивается с ней теплом
посредством молекулярной теплопроводности. Вследствие того что
коэффициент молекулярной теплопроводности неподвижного воздуха
сравнительно мал, этот вид теплообмена незначителен.
Турбулентная теплопроводность. Она возникает внутри атмосферы
вследствие вихревого, хаотического движения воздуха, т. е. турбулентности.
Ее условно можно разделить на динамическую и термическую.
Динамическая турбулентность — вихревое хаотическое движение,
возникающее в результате появления силы трения как между отдельными
слоями перемещающегося воздуха, так и между движущимся воздухом и
подстилающей поверхностью.
Чем больше скорость ветра и шероховатость поверхности, тем большая
завихренность потока воздуха.
Термическая турбулентность, или тепловая конвекция, — упорядоченный перенос отдельных объемов воздуха в вертикальном
направлении, возникающий при неравномерном нагревании различных
участков поверхности. Над более прогретыми участками воздух становится
теплее, а следовательно, легче окружающего и поднимается вверх. Его место
занимает более холодный соседний воздух, который, в свою очередь,
нагревается и тоже поднимается.
Над сушей тепловая конвекция развивается днем и летом, а над морем —
ночью и зимой, когда водная поверхность теплее прилегающих слоев
атмосферы.
Постоянное беспорядочное перемешивание воздуха в процессе
турбулентности способствует очень быстрой передаче тепла между
деятельной поверхностью и воздухом.
Радиационная теплопроводность. Определенную роль в передаче тепла
от почвы к атмосфере играет излучение деятельной поверхностью
длинноволновой радиации, поглощаемой нижними слоями атмосферы.
Последние, нагреваясь, таким же способом последовательно передают тепло
вышележащим слоям. В период охлаждения поверхности радиационный
поток тепла направлен от вышележащих слоев атмосферы вниз.
Радиационный поток тепла над сушей проявляется главным образом в
ночные часы, когда турбулентность резко ослаблена, а тепловая конвекция
отсутствует.
Конденсация (сублимация) водяного пара. При конденсации выделяется
тепло, нагревающее воздух, особенно более высокие слои атмосферы, где
образуются облака.
СУТОЧНЫЙ И ГОДОВОЙ ХОД ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА
Изменения температуры приземного слоя воздуха в течение суток и года
обусловлены периодическими колебаниями температуры подстилающей
поверхности и наиболее четко выражены в его нижних слоях.
В суточном ходе кривая имеет по одному максимуму и минимуму.
Минимальное значение температуры наблюдают перед восходом Солнца.
Затем она непрерывно повышается, достигая наибольших значений в 14... 15
ч, после чего начинает снижаться до восхода Солнца.
Амплитуда температурных колебаний — важная характеристика погоды
и климата, зависящая от ряда условий.
С увеличением широты уменьшается полуденная высота Солнца над
горизонтом. Вследствие этого по мере продвижения в более высокие широты
амплитуда суточных колебаний понижается: в тропических широтах она
составляет около 12 °С, в умеренных областях - 8...9, у Полярного круга 3...4, в Заполярье — 1...2 °С .
Амплитуда суточных колебаний температуры воздуха зависит от
погодных условий. В ясную погоду амплитуда больше, чем в пасмурную, так
как облака днем задерживают солнечную радиацию, а ночью уменьшают
потерю тепла земной поверхностью путем излучения. Амплитуда зависит
также от времени года. В зимние месяцы при малой высоте Солнца в средних
широтах она понижается до 2...3 "С.
Оказывает большое влияние на суточный ход температуры воздуха
рельеф: на выпуклых формах рельефа (на вершинах и на склонах гор и
холмов) амплитуда суточных колебаний меньше, а в вогнутых (ложбины,
долины, котловины) больше по сравнению с равнинной местностью. Это
обусловлено тем, что площадь соприкосновения воздуха с подстилающей
поверхностью на выпуклых формах рельефа меньше и он быстро сдувается с
нее, заменяясь новыми массами. В вогнутых же формах рельефа при
ослабленном ветровом режиме воздух сильнее нагревается от поверхности в
дневные часы и больше охлаждается ночью. Кроме того, ночью в долины
стекает холодный воздух со склонов. Разность в температурах воздуха ночью
на дне долин и на склонах может доходить до 10 °С и более.
На значение амплитуды влияют и физические свойства почвы: чем
больше суточный ход на самой поверхности почвы, тем больше суточная
амплитуда температуры воздуха над ней.
Суточная амплитуда уменьшается при близости водных бассейнов.
Растительный покров уменьшает амплитуду суточных колебаний
температуры воздуха среди растений, так как он днем задерживает
солнечную радиацию, а ночью — земное излучение. Особенно заметно
уменьшает суточные амплитуды лес. При наличии растительности зона
наибольшего нагревания днем и наибольшего охлаждения ночью
располагается на некоторой высоте над поверхностью почвы в зависимости
от высоты растительного покрова и его густоты.
Особенности суточного хода температуры воздуха следует учитывать при
размещении культурных растений, выбирая для наиболее теплолюбивых
культур те формы рельефа, которые обусловливают меньшую амплитуду
хода температуры воздуха и почвы и, следовательно, менее
заморозкоопасны.
Характеристикой годового хода температуры воздуха служит амплитуда
годовых колебаний температуры воздуха. Она представляет разность между
средними месячными температурами воздуха самого теплого и самого
холодного месяцев в году.
Выделяют четыре типа годового хода температуры воздуха.
Экваториальный тип. В экваториальной зоне в году наблюдают два
слабовыраженных максимума температуры — после весеннего (21.03) и
осеннего (23.09) равноденствия, когда Солнце находится в зените, и два
минимума — после зимнего (22.12) и летнего (22.06) солнцестояния, когда
Солнце находится на наименьшей высоте (см. рис. 4.3). Амплитуды годового
хода здесь небольшие, что объясняется малым изменением притока тепла в
течение года. Над континентами амплитуды составляют 5... 10 °С, а над
океанами — около 1 °С.
Тропический тип. В тропических широтах наблюдают простой годовой
ход температуры воздуха с максимумом после летнего и минимумом после
зимнего солнцестояния. Амплитуды годового хода по мере удаления от
экватора возрастают с увеличением различия между притоком тепла летом и
зимой. Средняя амплитуда годового хода над материками составляет 10...20
°С, над океанами — 5... 10 °С.
Тип умеренного пояса. Минимальные и максимальные значения
температуры отмечаются после солнцестояний. Причем над материками
Северного полушария максимальная среднемесячная температура отмечается
в июле, над морями и побережьями — в августе. Годовые амплитуды над
океанами и побережьями в среднем составляют 10... 15 "С, над материками 40...50, а в Азии достигают 60 °С.
Полярный тип. Минимум температуры в годовом ходе вследствие
полярной ночи сдвигается на время появления Солнца над горизонтом (в
Северном полушарии это февраль — март). Максимум температуры в
Северном полушарии наблюдается в июле. Амплитуда годового хода
температуры на суше (Гренландня, Антарктида) составляет 30...40 "С, на
побережьях — 20 "С и более.
На годовой ход температуры воздуха оказывает влияние также высота
места над уровнем моря. С увеличением высоты годовая амплитуда
уменьшается. В средних широтах она понижается до высоты 3 км.
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА С ВЫСОТОЙ
В тропосфере температура воздуха с высотой понижается, как отмечалось, в
среднем на 0,6 "С на каждые 100 м высоты. Однако в приземном слое
распределение температуры может быть различным: она может и
уменьшаться, и увеличиваться, и оставаться постоянной. Представление о
распределении температуры с высотой дает вертикальный градиент
температуры (ВГТ):
ВГТ = (/„ - /B)/(ZB где /н — /в — разность температур на нижнем и верхнем уровнях, °С;
ZB — ZH- разность высот, м. Обычно ВГТ рассчитывают на 100 м высоты.
В приземном слое атмосферы ВГТ может в 1000 раз превышать средний для
тропосфер
Значение ВГТ в приземном слое зависит от погодных условий (в ясную
погоду он больше, чем в пасмурную), времени года (летом больше, чем
зимой) и времени суток (днем больше, чем ночью). Ветер уменьшает ВГТ,
поскольку при перемешивании воздуха его температура на разных высотах
выравнивается. Над влажной почвой резко снижается ВГТ в приземном слое,
а над оголенной почвой (паровое поле) ВГТ больше, чем над густым посевом
или лугом. Это обусловлено различиями в температурном режиме этих
поверхностей.
В результате определенного сочетания этих факторов ВГТ вблизи
поверхности в пересчете на 100 м высоты может составлять более 100 °С/100
м. В таких случаях и возникает тепловая конвекция.
Изменение температуры воздуха с высотой определяет знак ВГТ: если
ВГТ > 0, то температура уменьшается с удалением от деятельной
поверхности, что обычно бывает днем и летом (рис. 4.4); если ВГТ = 0, то
температура с высотой не меняется; если ВГТ < 0, то температура
увеличивается с высотой и такое распределение температуры называют
инверсией.
В зависимости от условий образования инверсий в приземном слое
атмосферы их подразделяют на радиационные и адвективные.
1. Радиационные инверсии возникают при радиационном выхолаживании
земной поверхности. Такие инверсии в теплый период года образуются
ночью, а зимой наблюдаются также и днем. Поэтому радиационные инверсии
подразделяют на ночные (летние) и зимние.
Ночные инверсии устанавливаются при ясной тихой погоде после
перехода радиационного баланса через 0 за 1,0...1,5 ч до захода Солнца. В
течение ночи они усиливаются и перед восходом Солнца достигают
наибольшей мощности. После восхода Солнца деятельная поверхность и
воздух прогреваются, что разрушает инверсию. Высота слоя инверсии чаще
всего составляет несколько десятков метров, но при определенных условиях
(например, в замкнутых долинах, окруженных значительными возвышениями) может достигать 200 м и более. Этому способствует сток
охлажденного воздуха со склонов в долину. Облачность ослабляет инверсию,
а ветер скоростью более 2,5...3,0 м/с разрушает ее. Под пологом густого
травостоя, посева, а также леса летом инверсии наблюдаются и днем.
Ночные радиационные инверсии весной и осенью, а местами и летом
могут вызывать снижение температуры поверхности почвы и воздуха до
отрицательных значений (заморозки), что вызывает повреждение многих
культурных растений.
Зимние инверсии возникают в ясную тихую погоду в условиях короткого
дня, когда охлаждение деятельной поверхности непрерывно увеличивается с
каждым днем; они могут сохраняться несколько недель, немного ослабевая
днем и снова усиливаясь ночью.
Особенно усиливаются радиационные инверсии при резко неоднородном
рельефе местности. Охлаждающийся воздух стекает в низины и котловины,
где ослабленное турбулентное перемешивание способствует его
дальнейшему охлаждению. Радиационные инверсии, связанные с
особенностями рельефа местности, принято называть орографическими.
Адвективные инверсии образуются при адвекции (перемещении) теплого
воздуха на холодную подстилающую поверхность, которая охлаждает
прилегающие к ней слои надвигающегося воздуха. К этим инверсиям относят
также и снежные инверсии. Они возникают при адвекции воздуха, имеющего
температуру выше О "С, на поверхность, покрытую снегом. Понижение
температуры в самом нижнем слое в этом случае связано с затратами тепла
на таяние снега
Лекция 5
ВОДЯНОЙ ПАР В АТМОСФЕРЕ. ОСАДКИ.
План:
1. Вода в атмосфере.
2. Влажность воздуха.
3. Осадки.
4. Классификация облаков.
1. ВОДА В АТМОСФЕРЕ.
В среднем 23% солнечной радиации, приходящей на земную
поверхность, затрачивается на испарение воды с поверхности океанов, морей
и суши. Часть испарившейся влаги конденсируется над океанами, образует
осадки и возвращается в океан, совершив малый круговорот. Водяной пар,
перенесенный воздушными течениями в глубь материков, так же в конечном
счете выпадает в виде жидких или твердых осадков. Они частью
просачиваются в почву, образуя грунтовые воды, частью стекают через
ручьи, реки в моря и океаны, завершая большой круговорот. Во всех видах
вода в атмосфере и в почве входит в число важнейших природных ресурсов,
необходимых для жизни растений, животных и человека.
Вследствие разной интенсивности испарения, переноса водяного пара
в вертикальном и горизонтальном направлениях в воздухе может быть
большее или меньшее количество влаги и воздух может иметь различную
влажность.
Под влажностью воздуха подразумевается содержание водяных паров
в воздухе. Водяной пар является неустойчивой составляющей частью
атмосферы – содержание его сильно меняется в зависимости от физикогеографических условий местности, времени года, циркуляционных
особенностей атмосферы.
Продуктами конденсации и сублимации водяного пара в атмосфере
являются осадки.
2. ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА.
Влажность воздуха оказывает большое значение на рост и развитие
растений. Достаточное увлажнение воздуха дает значительный прирост
биомассы растений. Но избыточное – вызывает крупноклеточное строение
ткани растений, что может привести в дальнейшем к полеганию ряда
зерновых культур. В период цветения повышенная влажность воздуха
препятствует нормальному опылению растений, в период созревания –
мешает подсыханию зерна и соломины, сдерживает темпы уборки,
затрудняет работу сельхозмашин.
Оптимальные условия работы комбайна – при дефиците насыщения
воздуха влагой =8-10Гпа, удовлетворительные – 3-8Гпа, плохие, не работает
– при менее 3Гпа.
Повышенная влажность воздуха вызывает возникновение и
распространение грибковых заболеваний (мильдью у винограда, мучнистой
росы на многих растениях, фитофторы у картофеля, белой гнили на
подсолнечнике, ржавчины). Низкая влажность воздуха также приносит вред
растениям. Ее понижение до 30% и менее приводит к потере тургора в
листьях, преждевременному усыханию листьев, к гибели всего растения.
Особенно вредно уменьшение влажности воздуха до 30% и менее в период
цветения и налива зерна зерновых колосовых культур, т.к. низкая влажность
воздуха вызывает пересыхание пыльцы и неполное оплодотворение, что
приводит к череззернице, если в период налива зерна – то к щуплости зерна,
и следовательно к снижению урожая. Особенно опасны снижения влажности
воздуха в сочетании с недостатком почвенной влаги.
Фиксируется
атмосферная и почвенная влага.
«Запал зерна» - это ускоренное созревание зерна под действием
высоких температур и сухости воздуха- итог- щуплое зерно.
«Захват зерна» - на момент цветения и налива зерна отмечаются
высокие температуры , сухой воздух, недостаток влаги в почве . В момент
передвижения влаги из почвы по стеблю к соцветиям или к колосу влага
перехватывается листьями, зерно также получается щуплым.
Низкая относительная влажность воздуха, высокие температуры и
плохие запасы влаги в почве вызывают мелкоплодность у плодовых культур,
снижается урожай, отмечается слабая закладка почек под урожай
следующего года.
Влажность воздуха влияет на качество урожая: низкая снижает
качество льноволокна, но повышает хлебопекарные качества пшеницы,
сахаристость в ягодах и плодах. От влажности воздуха зависят сроки
проведения сельхоз.работ: уборка, борьба с сорняками, закладка кормов на
силос и сенаж. Уборка зерновых колосовых культур в 2003 году растянулась
на полтора месяца из-за обильных осадков, высокой влажности воздуха (6085% , что больше нормы на 10-20%).Как следствие – повышенная влажность
зерна и соломы, затруднения в уборке. Стандартная влажность зерна для
хранения -14%.
Данные по влажности воздуха необходимы при изучении условий
испарения, для характеристики засух и суховеев, регулирования температуры
и влажности в закрытых помещениях.
Водяной пар является неустойчивой составной частью атмосферы –
содержание его сильно меняется в зависимости от физико-географических
условий местности, времени года, циркуляционных особенностей
атмосферы, состояния поверхности почвы.
Под ВЛАЖНОСТЬЮ ВОЗДУХА подразумевают содержание водяных
паров в воздухе.
ХАРАКТЕРИСТИКИ влажности воздуха:
1. Упругость водяного пара –е - это парциальное давлении, которое
развивает водяной пар, находясь в смеси газов атмосферы.
Единицы измерения – мм. Рт. Ст. или мбар.
Упругость водяного пара зависит от
температуры воздуха и
минимальная зимой, а максимальная – летом.
М Ставрополь – годовой ход упругости водяного пара:
Амплитуда максимальная летом – 4-6мб, минимальная – зимой – 23мб.
2. Е – упругость насыщенного водяного пара при той же температуре,
что и «е», т. е. максимально возможная.
3. f – относительная влажность воздуха – это отношение упругости
водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости
насыщенного
водяного пара при той же температуре и выраженного в процентах.
Относительная влажность воздуха выражает степень насыщения
воздуха водяными парами. Она зависит от температуры, определяющей
упругость насыщенного водяного пара. С понижением температуры
относительная влажность увеличивается, с повышением – уменьшается.
Наиболее высокая относительная влажность воздуха в 13 часов на равнине
наблюдается в декабре-январе = 80-90% к востоку от Ставропольской
возвышенности. В горах в замкнутых горных котловинах (Теберда, Архыз)
она равна 48-53%.
Летом (июль) на равнине отмечаются наименьшие значения
относительной влажности воздуха, так:
Ачикулак - в 1час -73%, в 7 час.-67%, в 13час. – 36%, в 19час. – 41%,
Новоселицкое – в 1час. -74%, в 7час.- 70%, в 13час.- 37%, в 19час.-48%.
На горных станциях в это же время :
Карачаевск – в 1час. -74%, в 7час.- 70%, в 13час. -54%, в 19час.-71%.
Учкулан- в 1час. -87%, в 7час.-77%, в 13час. -54%, в 19час.-68%.
Амплитуда колебаний относительной влажности на равнине
максимальная днем, минимальная – ночью. Число дней с относительной
влажностью воздуха менее 30% наибольшее на востоке края – в Буденновске
=54 дня за год, в Ставрополе – 33 дня, в Пятигорске – 22 дня, Кисловодске –
31 день. Это основная характеристика суховея. Повторяемость
относительной влажности воздуха менее 30% в июне-июле составляет в
Ачикулаке -28-33%, Мин-Водах – 11-14%, Кисловодске – 2%.
Годовой ход относительной влажности воздуха:
Станция
Январь
Июль
Дивное
87%
50-52%
Ставрополь
82%
59-60%
Ачикулак
87%
68%
Кисловодск
70%
68%
Теберда
67%
75%
4. Дефицит влажности или недостаток насыщения – d - мм, Мб.
D= E – e – это разность между максимальной упругостью водяного
пара при данной температуре и упругостью водяного пара, содержащегося в
воздухе на данный момент.
Максимальные значения отмечаются летом, минимальные – зимой.
Ставрополь: июль-август = 12мб. Январь –февраль =1,2мб.
Арзгир: июль-август =16-18мб. Январь-февраль =0.6-0.8мб.
Железноводск: июль-август =11мб. Январь-февраль =1.2мб.
Суточный ход дефицита влажности воздуха:
Ставрополь январь август
Архыз
январь август
1час
1.1
8.0
1час.
0.8
1.0
7час.
1.0
7.7
7час.
0.7
1.3
13час.
1.5
19.0
13час.
3.3
13.2
19час.
1.0
13.3
19час.
1.3
5.2
5. Точка росы – td – это температура, при которой водяной пар,
находящийся в воздухе, достигает состояния насыщения при неизменном
давлении. Точка росы определяется по таблице максимальной упругости
водяного пара.
6. Удельная влажность - g
это масса водяного пара, содержащегося
в одном килограмме влажного воздуха. (г/кг).
G= 622e| p
P – атмосферное давление
e- упругость водяного пара
3. ОСАДКИ.
ОСАДКИ – это основной источник влаги в почве, они играют важную
роль в жизни растений. Непосредственное воздействие осадков на растения
может быть положительным и отрицательным в зависимости от степени их
интенсивности и продолжительности.
Осадками называют воду, выпадающую в жидком или твердом
состоянии на поверхность земного шара и наземные предметы из облаков
или из воздуха, вследствие конденсации содержащегося в нем водяного пара.
Осадки в зависимости от фазоваго состояния разделяются на : твердые
( снег, град, снежная крупа, гололед, иней). Жидкие ( дождь), смешанные (
снег с дождем, мокрый снег).
Осадки измеряются количественно толщиной слоя воды в мм,
который образовался бы на горизонтальной поверхности от выпавших
осадков при отсутствии просачивания в землю, стекания и испарения.
Точность измерения осадков 0,1мм. Измерение количества осадков, их
интенсивности, величины снежного покрова, величины испарения
необходимы для учета значений водного баланса.
1 мм осадков = 10 т воды на 1 га.
Каждое растение в процессе своего развития поглощает огромное
количество воды. Для создания 100 кг. сухого вещества пшеница расходует
от 24 до 153 т. воды за период своей вегетации, рожь – 38-72т., просо – 2845т., кукуруза – 22-37т. Для растений влага необходима в течение всего
периода их жизни – от набухания и прорастания семян до созревания.
Озимые культуры очень отзывчивы на ранние осенние осадки, которые
обеспечивают появление дружных всходов и хорошее их развитие.
Сумма осадков менее 5мм считается непродуктивной, т.к. она
фактически уходит на испарение, сток, для растений недоступна.
Значение осадков двояко:
Дожди очень благоприятны перед цветением подсолнечника и в
течение двух недель после цветения, т.к. идет образование корзинки и
дальше формирование зерновки. Однако, дожди во время цветения вредны,
т.к. смывается пыльца, получается череззерница.
В период цветения плодово-ягодных культур – дождь играет
отрицательую роль, в период роста завязи – положительную.
Для картофеля частые дожди во время созревания задерживают его
созревание. Кожура клубней получается очень нежной, легко повреждается.
Дожди во время созревания зерновых колосовых культур вызывают
“стекание” зерна. Это явление отмечается при влажной и теплой погоде в
период налива и созревания зерна. Происходит большой расход сухих
веществ на дыхание и прямое вымывание питательных веществ дождями.
Масса зерна под влиянием
дождей может снижаться на 16-48% в
зависимости от фазы спелости зерна. Под воздействием дождей идет
гидролитический расход крахмала и отток пластинчатых веществ.
По исследованиям И.В.Свисюка, проведенным дождливым летом
1977 года, известно, что «стекание зерна» сопровождается и другими
повреждениями – полеганием, увеличением количества грибковых
заболеваний. Продолжительные дожди в период уборки могут вызвать
прорастание зерна в валках (в колосе), а порой и на корню. Дожди
задерживают и ухудшают качество уборочных работ.
С другой стороны, длительное отсутствие осадков вызывает
атмосферную и почвенную засухи. Режим осадков определяет способы
уборки зерновых колосовых культур. При сухой погоде она проводится
раздельным способом. В нечерноземной зоне России, где погода при уборке
как правило дождливая – применяется прямое комбайнирование с
последующей досушкой зерна.
Выпадение твердых и жидких осадков из облаков возможно только в
том случае, если размеры капелек или кристаллов будут увеличены
настолько, что они уже не смогут поддерживаться в воздухе во взвешенном
состоянии. Тогда эти облачные элементы преодолевая сопротивление
воздуха выпадают на поверхность земли в виде осадков.
Осадки выпадающие их облаков делятся на 3 типа:
Обложные ( нижний ярус, слоистые облака)
Моросящие ( - « -)
Ливневые ( кучевые облака вертикального развития)
Наблюдения за осадками включают: 1. визуальные – вид осадков, их
интенсивность, время начала и конца выпадения 2. измерение количества
осадков с помощью приборов – осадкомера и дождемера Третьякова,
полевого дождемера Давитая, плювиографа, суммарного осадкомера,
напочвенного осадкомера.
С помощью локатора можно получить данные о распределении
осадков и их интенсивности на площади радиусом 80-100км.
4. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЛАЧНОСТИ.
Значительная часть водяного пара в атмосфере конденсируется или
сублимируется, образуя системы взвешенных продуктов – облака. Как и
туманы облака состоят из мелких капель воды или ледяных кристаллов.
Облака имеют разнообразные, быстро меняющиеся формы. Согласно
международной классификации облака делятся на 4 семейства и 10 родов
(форм).
А) Семейство облаков верхнего яруса:
1. перистые – Cirrus
2.перисто-кучевые – Cirrocumulus
3.перисто-слоистые – Cirrostratus
Высота основания 6-8 км.
Б) Семейство облаков среднего яруса:
4. высоко-кучевые – Altostratus
5. высоко-слоистые – Altostratus
высота основания 2-5км.
В). Семейство облаков нижнего яруса
6. слоистые- Stratus
7. слоисто-кучевые – Stratocumulus
8.слоисто-дождевые- Nimbostratus
Высота основания от 0.4 до 2км.
Г). Семейство облаков вертикального развития:
9. кучевые – Cumulus
10. кучево-дождевые – Cumulonimbus
нижняя граница облачности 0.5-1.5 км, верхняя – 6-8км.
Формы облаков подразделяются на виды и разновидности,
различаются по внешнему виду, условиям образования, плотности, окраске,
характеру выпадения осадков.
Облака верхнего яруса состоят из ледяных кристаллов, через них
просвечивается голубое небо, солнце, луна. Вследствие преломления и
отражения световых лучей в этих облаках наблюдается ГАЛО – основная его
форма – светлый круг вокруг луны или солнца. Осадки из них не выпадают.
Они представляют собой тонкую белесоватую пелену.
Облака среднего яруса более плотные, через них слабо
просвечивается луна и солнце, иногда не просвечивается. Цвет- сероватый.
Состоят из капелек воды. В результате преломления лучей луны и солнца в
них наблюдаются венцы, состоящие из радужных колец.
Облака нижнего яруса – плотные, не просвечиваются, темно-серого
цвета. Состоят из капелек воды или смешанные. Дают обложные осадки.
Облака вертикального развития – образуются по действием
восходящих потоков воздуха. Кучевые облака – отдельные плотные массы с
сероватыми плоскими основаниями и выпуклыми вершинами. Из них
выпадают ливневые осадки с градом.
Степень покрытия облаками неба измеряется в баллах от 0 до 10.
Лекция 6
ВЕТЕР
1.
2.
3.
4.
5.
План:
Значение ветра в сельскохозяйственном производстве.
Определение ветра.
Суточный и годовой ход скорости ветра.
Роза ветров.
Ветры Ставропольского края, ветровые коридоры.
1. Значение ветра в сельскохозяйственном производстве.
Благоприятное его воздействие на растения зависит от
скорости, времени проявления и продолжительности. Ветер
способствует обмену массами воздуха, поддерживая постоянство
газового состава атмосферы. Он переносит влажный воздух с океанов и
морей вглубь материков, обеспечивая снабжение растительности
влагой. Во многих районах ветер является источником энергии. Он
может приводить в движение различные ветродвигатели- мельницы.
Отрицательное действие ветра – усиление непродуктивного
испарения с поверхности почвы, способствует проявлению почвенной
засухи, ветровой эрозии почв, усиление повреждений растений во
время суховеев. Сильные ветры (ураганы) разрушают постройки, линии
электропередач, линии связи, мосты, ломают деревья, вызывают
метели, усиливают наводнения и т.д. Скорость ветра и его направление
необходимо учитывать при внесении удобрений, при проведении
химических обработок от вредителей, особенно если они проводятся с
самолетов или вертолетов. Направление господствующих ветров
необходимо знать пори закладке лесополос, посева кулисных растений,
при выпасе скота на отгонных пастбищах, при строительстве заводов,
фабрик
Местные ветры: бризы – (на берегах морей летом) повышают
влажность воздуха и смягчают жару на расстоянии до 40км от берега.
Фены (ветры с гор в долину) зимой смягчают условия перезимовки
садов и виноградников, но в летнее время они иссушают воздух и
почву, их скорость от 2-3 до 15-20 м/сек.
К местным ветрам относятся – афганец, самум, астраханец, сирокко,
чинук, баргузин, и т.д.
Слабые ветры (до 5м/сек) в период цветения анемофильных
(опыляющихся ветром) растений благоприятны для переноса пыльцы, но они
же способны переносить семена сорных растений. Усиление ветра
способствует иссушению верхних слоев почвы и растений, т.к. усиливается
испарение. Ветер препятствует лету пчел и насекомых, что ухудшает
опыление плодовых культур. Сильные ветры с ливнями вызывают полегание
посевов, иссечение листьев, обрыв цветков и плодов.
Во влажные периоды погоды ветер способствует быстрому
подсыханию верхних слоев почвы, просыханию скошенных трав,
подсыханию зерна в валках.
Зимой сильные ветры способствуют перераспределению снега на
полях, часто в отрицательную сторону – снос его в лесополосы, овраги,
балки, отмечается оголение почвы. Сильные ветры могут вызвать пыльные
бури (при условии сухости верхних слоев почвы). Пыльные бури могут
наблюдаться и в зимнее время – пример пыльные бури зимой 1969, 1974
годов.
2.Ветер, его скорость и направление.
ВЕТРОМ называют - горизонтальное перемещение воздуха
относительно земной поверхности Движение воздуха относительно земной
поверхности, в котором преобладает горизонтальная составляющая,
называют ветром. Ветер характеризуется направлением, скоростью и
порывистостью.
СКОРОСТЬЮ ветра называют горизонтальную составляющую
скорости перемещения воздуха относительно неподвижной точки земной
поверхности. Скорость ветра является вектором и характеризуется
числовыми значениями и направлением. Единица измерения скорости м/сек,
км/час.
НАПРАВЛЕНИЕ ветра - это азимут точки, откуда дует ветер. Единица
измерения - угловые градусы или румбы горизонта.
Скорость и направление меняются непрерывно. Они зависят: 1. от
характера местности, 2. от конкретных условий погоды. Скорость ветра
осредняется в интервале 10 минут, направление – 2 минуты. Порывистость
ветра характеризуется максимальными значениями мгновенной скорости.
Непосредственной причиной возникновения ветра является
различие атмосферного давления в разных точках земной поверхности,
характеризуемое горизонтальным барическим градиентом.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ БАРИЧЕСКИЙ ГРАДИЕНТ –это
изменение
давления
вдоль
горизонтали,
направленной
перпендикулярно к изобарам в сторону от высокого давления к
низкому, приходящееся на расстояние 100км. Эта величина обычно
составляет около 1-2 ГПА/ 100км. Движение воздуха, возникающее под
действием силы барического градиента, происходит не точно по
направлению этого градиента, т.е. не по прямой линии от высокого
давления к низкому, а по более сложной траектории, которая является
результатом взаимодействия силы градиента с отклоняющей силой
вращения земли, центробежной силой и силой трения. Под влиянием
вращения Земли движущийся воздух отклоняется от направления
барического градиента в северном полушарии вправо, а в южном –
влево. Вследствие трения воздух у поверхности земли движется
медленнее, чем в верхних слоях.
3.Суточный и годовой ход скорости ветра.
Суточный ход скорости ветра над поверхностью океанов почти не
наблюдается, но над сушей выражен хорошо. В конце ночи скорость ветра
бывает наименьшая, а после полудня достигает максимума. Особенно
выражен суточный ход скорости ветра летом в ясные дни, что вызвано
усилением турбулентного перемешивания из-за сильного и неоднородного
нагревания разных участков подстилающей поверхности. Вторжение
воздушных масс нарушает нормальный суточный ход скорости ветра.
Годовой ход скорости ветра определяется закономерностями общей
циркуляции атмосферы. Поэтому он неодинаков в различных районах
Земного шара. На ЕТС летом наблюдаются наименьшие скорости ветра, а в
январе-феврале- наибольшие. В Восточной Сибири наоборот, зимой скорости
ветра наименьшие, летом- наибольшие. Максимальная скорость ветра на
Земле наблюдается в Антарктике, где среднесуточные ее значения достигают
45м/сек., а максимальные – 90м/сек. На скорость ветра большое влияние
оказывает подстилающая поверхность. Над океанами скорости ветранаибольшие, над сушей в котловинах, долинах они меньше, чем над
холмами, в городе –меньше, чем в поле, в сельской местности. В открытой
степи она больше, чем на полях, защищенных лесополосами.
Скорость и направление ветра на метеостанциях измеряются на
высоте 10-12 метров от поверхности почвы. Направление ветра в градусах
принято отсчитывать в системе координат начиная с севера по часовой
стрелке или по 16-ти румбовой системе. (Практикум Виткевич, стр. 177)
Суточный ход скорости ветра зависит в первую очередь от
температуры воздуха. Максимальные величины отмечаются в дневное
время, после полудня, минимальные – перед восходом солнца.
Суточные колебания скорости более резко выражены в теплый период
и меньше зимой.
СУТОЧНЫЙ ХОД СКОРОСТИ ВЕТРА ПО Г.МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ:
Время суток
0
3
6
9
11
13
15
18
21
24
январь
3,6
3,5
3,3
3,7
3,8
3,8
3,9
3,8
3,6
3,6
Июль
2,8
2,7
2,3
3,5
4,1
4,3
4,6
4,4
3,1
2,7
5.РОЗА ВЕТРОВ.
Направление ветра в данной местности часто изменяется, но ветры
одних направлений (румбов) повторяются реже, а другие – чаще. Для
изучения повторяемости ветров различных направлений применяется график,
называемый розой ветров. Большое производственное значение имеет
направление господствующих ветров в данном месте. От этого зависит
направление
посадки
лесных
полос,
направление
установки
снегозадерживающих щитов.
Распределение ветров можно дать в виде таблицы, графика,
рисунка – розы ветров. За 100% принимается число случаев ветра
разных направлений.
Роза ветров Ставрополь, май
С
20
СЗ
СВ
15
10
5
З
В
0
ЮЗ
ЮВ
Ю
Месяц
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
Штиль
Развернутая роза ветров Ставрополь, май
25
20
15
10
5
0
С
Май
Месяц
Октябрь
4
С
4
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
ЮЗ
9
18
18
4
10
20
17
18
ЮВ
20
Ю
5
ЮЗ
12
З
23
СЗ
12
Штиль
23
СВ
7
В
17
Роза ветров Ставрополь, октябрь
С
23
СЗ
18
СВ
13
8
3
З
В
-2
ЮЗ
ЮВ
Ю
Роза ветров Ставрополь, январь
С
27
22
17
12
7
2
-3
СЗ
З
СВ
В
ЮЗ
ЮВ
Ю
Месяц
Январь
С
1
СВ
4
В
14
ЮВ
20
Ю
8
ЮЗ
19
З
27
СЗ
7
Штиль
27
Развернутая роза ветров Ставрополь, январь
30
25
20
15
10
5
0
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
7. Ветры Ставропольского края, ветровые коридоры.
8. Территория Северного Кавказа и Ставропольского края находятся в
климате, который формируется под воздействием циркуляционных
процессов южной зоны умеренных широт. Наличие двух больших
водоемов – Черного и Каспийского морей - оказывает большое влияние на
ветровой режим территории. В течение всего года преобладает широтная
циркуляция, особенно хорошо выраженная в холодное полугодие. Уже с
осени
преобладание антициклона над Сибирью и Казахстаном и
Черноморская депрессия дают ветры восточных румбов.
АРЗГИР
Месяц
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
Штиль
Январь
Ноябрь
2
2
6
5
32
41
19
21
8
6
10
5
14
12
9
8
26
25
В горах по мере увеличения высоты увеличивается повторяемость
ветров западных румбов. Так на Шаджатмазе и Бермамыте зимой их
повторяемость составляет 31-34 %. Для весны характерно ослабление
азиатского барического максимума: отмечается перемещение его к
востоку. Средиземноморские циклоны продвигаются к востоку и
северо-востоку. В конце весны - летом преобладают процессы западной
адвекции.
МИН – ВОДЫ
Месяц
С
Июнь
4
СВ
5
В
24
ЮВ
13
Ю
2
ЮЗ
3
З
29
СЗ
20
Штиль
12
СВЕТЛОГРАД
Июль
8
8
16
12
6
15
20
15
24
Наибольшие скорости ветра отмечаются в феврале-марте-апреле
Средняя месячная скорость ветра
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 год
3,9 4,4 4,4 4,2 3,6 3,2 2,9 3,0 3,0 3,4 4, 3,9 3,7
Дивное
4
Невинно3,9 4,7 4,6 4,4 3,6 2,9 2,8 3,0 3,1 3,6 4, 4,2 3,8
мысск
5
НАИБОЛЬШИЕ СКОРОСТИ ВЕТРА РАЗЛИЧНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ:
Станция
Скорости ветра возможные 1 раз в
Год
5 лет
10 лет
15 лет
20 лет
Красногвардейское
26
31
33
34
35
Ставрополь
35
43
45
47
50
Арзгир
28
33
36
37
38
Кисловодск
19
23
24
25
26
Число дней с сильным ветром (более 15 м/сек) на равнинной части
колеблется в пределах 20-35, на открытых возвышенных местах оно
увеличивается до 45-60. Большое число дней с сильным ветром на
побережье Азовского моря и северной части Черного моря, на побережье
Каспийского моря. Велико это число и на Эльбрусе (118), наименьшее
количество их в горных долинах (2-6).
Число дней с сильным ветром
1
2
3
4
Новоалекса 13 12 11 11
ндровск
Ставрополь 12 13 14 16
Георгиевск
9
8 11 15
Карачаевск 2
4
4
4
5
14
6
5
7
7
8
7
9
5
10
7
11
11
12
11
год
66
12
9
3
11
8
2
10
8
3
11
12
3
8
8
2
9
4
3
13
10
1
12
8
2
100
60
11
Ветры наибольших скоростей называются ураганами. На станции
Мархотский Перевал в декабре 1939 года зарегистрирован ураган скоростью
60 м/сек, порывы до 100 м/сек На территории Ставропольского края
максимальная скорость ветра 40 м/сек отмечалась в с. Красногвардейское.
ВЕТРОВЫЕ КОРИДОРЫ Ставропольского края : это вытянутые
понижения и прилегающие склоны, продуваемые ветром, в которых при
определенных направлениях ветра происходит усиление его скорости и
формирование пылевато-воздушных потоков. В ветровом коридоре скорость
ветра усиливается в 1,5-2,5 раза в сравнении с окружающими ровными
поднятиями.
1. Армавирский – Армавир-Невинномысск, по течению Кубани
2.Черкесский –Пятигорск-Суворовская-Кубанское водохранилище
3.Невинномысский (Правокубанский) – от Воровсколесской к
Невинномысску
4.На западной части Ставропольской возвышенности –Сенгилеевский,
Новомарьевский, Рождественский,Темнолесский
5. На северной части Ставропольской возвышенности - Дубовский
Сильные и умеренные ветры часто вызывают пыльные бури. На
Ставрополье пыльные бури бывают как в теплое время года, так и зимой.
Наибольшее число дней с пыльными бурями – на востоке края – за год в
Ачикулаке – 13, в Буденновске – 12.
В 2003 году 6 апреля в северо-западных районах края
(Изобильненский, Красногвардейский, Ново-Александровский, Труновский,
Ипатовский, Александровский) – отмечалась очень сильная пыльная буря с
ухудшением видимости до 50-200 метров, скорость ветра 35-40 м/сек,
направление – западное.
С 14 по 20 апреля 2003 года в северо-западных и восточных районах
края так же были пыльные бури – ветер скоростью до 18-29 м/сек,
восточного направления Они вызвали следующие повреждения: Петровский
район – повреждения крыш на 201 тыс. руб, гибель сельхозкультур – на 3
млн.
руб.
Красногвардейский
районповреждения
крыш
и
сельскохозяйственных посевов на 110 млн. руб. В результате были снесены
верхние слои почвы, оголился узел кущения и корни озимых культур, выдуло
семена только что посеянных яровых культур.
Зимние пыльные бури 1969 года (сильнейшая за 70 лет)
зарегистрированы в январе-феврале – скорость ветра восточного направления
составляла 30-34 м/сек, порывы до 40 м/сек, средние температуры воздуха
минус 8°-12°, минимальные минус 20°-25°, на глубине залегания узла
кущения озимых культур минус 16°-17°. Скорость ветра в Ставрополе была
28 м/сек, в Изобильном- 30 м/сек. В Невинномысске – 34 м/сек, Черкесске –
40 м/сек. Снега почти не было. Наносы почвы в Изобильненском районе
составляли до 50-150 см. Ущерб составил 23 млн. руб.
ПОГОДА.
ПЕРИОДИЧЕСКИЕ И НЕПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОГОДЫ
Погодой называется состояние атмосферы над данной территорией в
данное время, определяемое физическими процессами, происходящими в ней
при взаимодействии с подстилающей поверхностью. С качественной и
количественной стороны физическое состояние атмосферы и процессы,
совершающиеся в ней, выражаются через так называемые метеорологические
элементы: температуру и влажность почвы, атмосферное давление,
температуру и влажность воздуха, облачность, осадки, ветер и др. Они
находятся между собой в тесной взаимосвязи и всегда действуют совместно,
проявляясь в сложных и изменчивых сочетаниях. Число сочетаний
метеорологических элементов и, следовательно, вариантов погоды может
быть очень большим.
Периодические изменения погоды — это изменения, обусловленные
суточным и годовым ходом метеорологических элементов, т.е. изменения,
зависящие от суточного и годового вращения Земли. Суточный и годовой
ход важнейших метеорологических характеристик описан в предыдущих
главах.
Непериодические изменения погоды связаны с движением воздушных масс
различного географического происхождения. Эти массы обладают
неодинаковыми физическими свойствами -температурой, влагосодержанием
и т. д. Погода зависит от того, какая воздушная масса приходит в данное
место. Перемещение воздушных масс вызывает в районах, через которые они
проходят, значительные изменения погоды. Некоторые воздушные массы, не
свойственные географическому расположению какого-либо региона,
нарушают нормальный ход метеорологических элементов, т.е. уменьшают
или даже перекрывают периодические изменения погоды.
Несовпадение фазы периодических и непериодических изменений
обусловливает наиболее резкие изменения погоды. Например, весной
постепенно увеличивается приход солнечной радиации, с каждым днем все
больше прогреваются почва и воздух — происходит периодическое
изменение погоды, обусловленное годовым вращением Земли. Но если в
какой-либо день в данный район с утра вторгается арктический воздух, то
температура начинает резко снижаться, и в полдень может стать даже
холоднее, чем было в прошлую ночь. Следовательно, нормальный суточный
ход температуры воздуха нарушается. В последующие дни и недели может
стать еще холоднее, тогда нарушается и ее годовой ход.
В процессе общей циркуляции атмосферы
воздух тропосферы
расчленяется на отдельные воздушные массы, занимающие по площади
миллионы квадратных километров и отличающиеся одна от другой своими
свойствами, а потому и характером погоды.
Различают следующие основные типы воздушных масс:
арктические (антарктические), формирующиеся в Арктике (Антарктике);
умеренных широт (полярные), формирующиеся в умеренных широтах;
тропические, формирующиеся в субтропических и тропических широтах;
экваториальные, формирующиеся в экваториальном поясе Земли.
АТМОСФЕРНЫЕ ФРОНТЫ
Различные воздушные массы разделены между собой сравнительно
узкими переходными зонами — атмосферными фронтами. Длина таких зон
— тысячи километров, ширина - всего лишь десятки километров, толщина в
вертикальном направлении -несколько сотен метров. Так как ширина и
толщина фронта очень невелики в сравнении с размерами воздушных масс,
то фронт условно можно представить как поверхность раздела между
воздушными массами, которая в пересечении с земной поверхностью
образует линию фронта.
В зоне фронта при переходе от одной воздушной массы к другой
метеорологические элементы (температура и влажность воздуха, ветер и др.)
резко меняются.
Фронты бывают теплыми и холодными. Фронт, перемещающийся в
сторону холодного воздуха, называют теплым. При этом теплый воздух
натекает на холодный, холодный же воздух отступает перед ним (рис. 10.1).
Одновременно теплый воздух медленно и спокойно скользит вверх над
поверхностью фронта и охлаждается. Это приводит к конденсации водяного
пара и образованию облаков. В нижнем ярусе образуются слоисто-дождевые
а
Схема вертикального строения теплого фронта.
облака (Ns), из которых выпадают обложные осадки. При дальнейшем
поднятии и охлаждении воздуха образуются облака высокослоистые (As). Из
этих облаков осадки (тоже обложные) выпадают, но летом они, как правило,
не достигают земной поверхности, испаряясь по пути. В верхнем ярусе при
дальнейшем скольжении воздуха образуются перисто-слоистые (Cs) и перистые (Ci) облака. Эти облака осадков не дают. Ширина облачной зоны теплого
фронта достигает 600...900 км, зоны осадков -300...400 км.
При приближении теплого фронта сначала появляются перистые
облака, сменяющиеся затем перисто-слоистыми. Давление воздуха
понижается, и тем значительнее, чем больше разность температур между
теплым и холодным воздухом. Температура воздуха медленно повышается.
Перисто-слоистые облака при дальнейшем продвижении фронта сменяются
высокослоистыми, а последние — слоисто-дождевыми.
Холодным фронтом называют фронт, перемещающийся в сторону
теплого воздуха, вытесняя его. Поверхность раздела между теплым и
холодным воздухом у земли в данном случае очень круто опускается вниз
(рис. 10.2). Облачная система такого фронта аналогична системе облаков
теплого фронта, но проходит в обратном порядке. Непосредственно перед
фронтальной поверхностью в результате большой ее кривизны возникают
бурные восходящие движения воздуха. Вследствие этого передняя часть
облачной системы состоит из кучево-дождевых (СЬ) облаков. За линией
фронта облачная система переходит в слоисто-дождевые (Ns), а затем по
мере удаления от линии фронта в высокослоистые (As) и перисто-слоистые
(Cs) облака.
Осадки при прохождении холодного фронта носят вначале ливневый
характер, они часто сопровождаются грозами, затем могут перейти в
обложные. Ширина зоны осадков вследствие
Схема вертикального строения холодного фронта первого
(по С. П. Хромову)
более крутого наклона фронтальной поверхности меньше, чем у теплого
фронта (до 100 км).
Чаще всего приближение холодного фронта сопровождается более или менее
сильным понижением давления, появляются кучевые облака, быстро
развивающиеся в высоту, затем кучево-дождевые. С первыми редкими
крупными каплями дождя (снежинками) налетает первый порыв ветра, затем
ветер усиливается, начинаются сильные ливневые осадки, температура
понижается.
ПОГОДА В ЦИКЛОНЕ И АНТИЦИКЛОНЕ
Перенос воздушных масс происходит в системе циклонов и
антициклонов. В центре циклона создается область пониженного давления, а
к его периферии оно возрастает. Поэтому воздух со всех сторон стекает к
центру циклона по спиралеобразным кривым, закручивающимся в Северном
полушарии против часовой стрелки. В центре циклона эти сходящиеся
потоки вынуждены подниматься вверх. Поднимаясь, воздух попадает в слои
атмосферы с меньшим давлением и расширяется. При расширении он
охлаждается и образуются облака и осадки. Поэтому погода в центре
циклона всегда бывает ненастной.
Циклоны возникают на атмосферных фронтах, при этом в циклон
вовлекаются обе воздушные массы, разделяемые фронтами.
Схема строения циклона и распределения погоды в различных частях, где в
центре дана общая схема типичного циклона, вверху — вертикальное
сечение, сделанное севернее центра циклона по линии а—б, внизу —
вертикальное сечение, проведенное южнее его центра по линии в—г.
Характерные изменения погоды будут совершаться в случае, если
циклон при своем перемещении захватывает местность северной или южной
частью. Если циклон захватывает местность южной частью (разрез по линии
в—г), то в этой местности происходят изменения погоды, свойственные
изменениям ее при прохождении теплого и холодного фронтов. Сначала
через данную местность проходит теплый фронт, затем теплый сектор
циклона и, наконец, холодный фронт. Перед прохождением теплого фронта
появляются перистые облака (Ci), быстро перемещающиеся с запада, северозапада или юго-запада. Затем эти облака постепенно переходят в перистослоистые (Cs), последние — в высокослоистые (As) и, наконец, появляются
слоисто-дождевые облака (Ns), из которых выпадают осадки. Ветер
постепенно усиливается, давление понижается, температура повышается, и
район «накрывает» теплый сектор.
-б
воздух
~70км ~ 200км -300 км
-500 км
Схема строения циклона (по Л. П. Шубаеву)
Заштрихованная часть в центре рисунка (план) - зона выпадения осадков
Обычно воздушная масса теплого сектора устойчивая, т. е. с небольшими
вертикальными градиентами температуры. Поэтому погода в теплом секторе
характеризуется слоистыми, высококучевыми облаками, туманами,
моросящими осадками, плохой видимостью. В нем наблюдаются самые
высокие температуры для данного циклона. Циклон в этой стадии развития (с
теплым сектором) называют молодым циклоном. Затем через данную
местность проходит холодный фронт с сильными ливневыми осадками.
Ветер перед прохождением фронта усиливается, делается порывистым, а во
время прохождения фронта резко меняет направление, чаще всего на северозападное. Давление перед фронтом понижается, а после прохождения фронта
быстро повышается. Температура воздуха после прохождения фронта сильно
понижается.
Если центр циклона проходит южнее данного места, т. е. циклон
захватывает местность своей северной частью (разрез по линии а—б), где
фронтов нет, то резких изменений погоды не наблюдается, так как внизу, у
земной поверхности, все время остается холодный воздух, теплый же воздух
располагается в более высоких слоях.
Вместе с циклоном перемещаются и фронты. Однако холодный фронт
вследствие непрерывного подтока холодного воздуха перемещается быстрее
теплого фронта. Поэтому теплый сектор циклона суживается, фронты
постепенно сближаются и, наконец, смыкаются. Соединяются также в одну
зону осадки теплого и холодного фронтов. Теплый воздух при смыкании
фронтов вытесняется кверху. Явление смыкания фронтов в циклоне носит
название окклюзии или закрытия циклона. Циклон затухает, воздух у
поверхности
становится
однородным,
давление
и
температура
выравниваются: весь теплый воздух поднялся вверх.
Скорость движения циклонов в среднем составляет 30... 40 км/ч, или
700...900 км/сут. Цикл развития циклона 4...7 сут.
В Северном полушарии одновременно бывает до 20 циклонов. В Северной
Атлантике в течение года наблюдается около 1000 циклонов, а в северной
части Тихого океана - до 1500. На Земле в целом ежегодно регистрируется до
15 000 циклонов.
После прохождения циклона в тыл его внедряются холодные массы
воздуха и образуют область повышенного давления — так называемый
антициклон с высоким давлением в центре и ветрами, направленными в
Северном полушарии к периферии по часовой стрелке (см. рис. 9.7).
В связи с нисходящими движениями воздуха, развивающимися в
центральной части антициклона, здесь создается сухая ясная или
малооблачная погода. Летом она может вызвать атмосферную засуху. Зимой
в антициклоне образуются глубокие приземные инверсии, стоит морозная
погода. Ветер в центральной части антициклона обычно слабый.
Различают подвижные и стационарные антициклоны. Первые
образуются в Арктике и перемещаются в умеренные широты, принося сюда
холодный сухой воздух, вторые - преимущественно над океанами (Азорский,
Гонолулский и др.) и зимой в умеренных широтах над материками,
удерживаются они в одной и той же области по нескольку недель и даже
месяцев. Пример последнего — Сибирский (Азиатский) антициклон,
формирующий здесь зимой очень морозную погоду.
На европейской части России погода и ее изменения определяются
циклонической деятельностью (чередованием циклонов и антициклонов).
Циклоны поступают сюда чаще всего с северной части Атлантического
океана через Скандинавию или Прибалтику. Но некоторые циклоны
приходят сюда также со Средиземного и Черного морей, антициклоны —
чаще с северо-востока и востока.
ПРОГНОЗЫ ПОГОДЫ
Погода имеет большое значение в хозяйственной деятельности
человека. Неблагоприятные условия погоды часто причиняют большой
ущерб. По данным Всемирной метеорологической организации,
экономические потери от стихийных бедствий, связанных с погодными
явлениями (ураганы, смерчи, снежные бури, наводнения, засухи и др.), в
1998 г. составили около 90 млрд долл.
Поэтому для различных отраслей хозяйства каждого государства
большое значение имеет информация о текущем состоянии погоды, а также
предсказание ее на ближайшее время. Эту работу в России осуществляет так
называемая
служба
погоды,
опирающаяся
на
большую
сеть
метеорологических станций. Последние производят наблюдения в
определенные сроки, зашифровывают их по особому международному коду,
затем передают областным центрам по гидрометеорологии и мониторингу
окружающей среды и Гидрометцентру, который возглавляет в России службу
Синоптическая карта дает представление о состоянии погоды сразу
на большой территории. По ней можно установить расположение фронтов и
областей фронтальных осадков, а также выяснить расположение циклонов и
антициклонов. Кроме циклонов и антициклонов на карте выделяют и другие
барические системы с незамкнутыми изобарами: ложбину (полосу
пониженного давления), гребень (полосу повышенного давления) и др.
Синоптические карты погоды составляют восемь раз в сутки. Это дает
возможность выяснить не только пути, по которым до сего времени
перемещались воздушные массы, фронты, циклоны и антициклоны, но и
установить причины и изменения физических свойств воздушных масс за
время их перемещения. Анализируя синоптические карты, можно с той или
иной вероятностью наметить пути и скорости перемещения циклонов и
антициклонов, изменения и перемещения фронтов и связанных с ними зон
облачности и осадков, а также распространение теплых и холодных
воздушных масс на ближайшие 24...48 ч, т. е. предусмотреть те изменения
погоды, которые произойдут в связи с этими перемещениями и
трансформациями. Такой метод предсказания погоды называют
синоптическим..
Предсказания погоды по синоптическому методу на короткий срок
имеют достаточно высокую оправдываемость: на двое суток вперед
оправдываемость в среднем составляет 80...85 %, т. е. из 100 даваемых
прогнозов 80...85 бывают удачными и 15... 20 - в той или иной степени
неудачными. Последнее обусловлено недостатком данных и недостаточной
изученностью атмосферных процессов. Очень трудно дать точный прогноз
при быстрых изменениях этих процессов.
В последние десятилетия синоптическая информация, ранее
включавшая в себя в основном наземные данные, обогатилась данными
аэрологических наблюдений, т. е. наблюдений в свободной атмосфере. Все
шире используют спутниковую информацию, получаемую для океанов и
труднодоступных частей суши, где нет метеостанций. Например, при
фотографировании облачных систем со спутников можно обнаружить
зарождение опасных тропических циклонов над океанами.
По данным со спутников определяют радиационный баланс и его
составляющие системы Земля — атмосфера, выявляют новые важные
закономерности в распределении солнечной энергии на Земле, которые
необходимо учитывать при составлении долгосрочных прогнозов погоды.
Очень перспективны метеорологические спутники, которые
автономно или по команде с Земли могут менять высоту полета и
направление своего движения. Возможность создания таких спутников
погоды подтверждена запуском в России маневрирующих космических
аппаратов «Полет-1» и «Полет-2». При необходимости их можно направить в
район урагана для детального его наблюдения.
Наряду с синоптическим методом Росгидрометцентр разрабатывает и
внедряет гидродинамические (численные) методы, позволяющие путем
численного интегрирования уравнений гидродинамики и термодинамики,
описывающих текущее и дальнейшее состояние атмосферы, составлять
прогноз изменения метеорологических элементов в численной форме.
Решение сложных уравнений численных прогнозов стало возможным с
появлением быстродействующих электронных вычислительных машин.
Краткосрочные прогнозы погоды — на несколько часов, на 1...3сут вперед —
составляют на основе синоптического и численных методов.
МЕСТНЫЕ ПРИЗНАКИ ПОГОДЫ
Предсказание погоды на ближайшее время для какого-либо района с
большой долей вероятности можно сделать по так называемым местным
признакам погоды, которые отражают физическую сущность явлений. Для
этого необходимо внимательно наблюдать за погодой, подмечая характерные
изменения ее элементов. Вот несколько примеров местных признаков погоды
для центральных районов европейской территории России.
Малооблачная, без осадков погода сохранится, если хорошо выражен
суточный ход ветра, температуры и облачности; если вечером или ночью
образуется приземный стелющийся туман, который рассеивается с восходом
Солнца; если вечерняя заря летом окрашена в золотисто-желтый цвет; если
атмосферное давление растет или остается без изменения.
Ненастная погода наступит, если в солнечный день появляются
перистые облака в виде нитей, перьев с коготками, переходящие в перистослоистые в виде тонкой белесоватой пелены, затягивающей все небо; если
атмосферное давление падает; если нарушается нормальный суточный ход
температуры, например ночью температура повышается, ветер усиливается
независимо от времени суток, цвет вечерней зари красный.
Пасмурная дождливая погода сохранится, если атмосферное давление
продолжает понижаться, температура воздуха в течение суток остается почти
без изменений, направление ветра не меняется (летом ветер чаще всего юговосточный, восточный или северо-восточный, зимой — западный).
Пасмурная дождливая погода сменится хорошей погодой, если
устойчиво растет атмосферное давление, наступает похолодание,
усиливается ветер и резко изменяется его направление.
Весной и осенью ожидаются заморозки, если в пасмурную холодную
погоду облачность уменьшается до полного прояснения к ночи, ветер
слабеет.
Гроза и ливни вероятны, если летом кучевые облака, появившиеся
утром, быстро развиваются и нагромождаются в виде башен; если влажность
воздуха высокая и вызывает ощущение духоты.
ЛЕКЦИЯ 6.
ЗАМОРОЗКИ. ЗАСУХИ, СУХОВЕИ
И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ.
План:
1.Заморозки, их интенсивность.
2.Типы заморозков.
3.Предсказание заморозков.
4.Влияние заморозков на сельскохозяйственные культуры.
5. Засухи и суховеи.
1.ЗАМОРОЗКИ, ИХ ИНТЕНСИВНОСТЬ
Заморозком называется понижение температуры воздуха или
поверхности почвы (травостоя) до 0°С и ниже на фоне положительных
средних суточных температур воздуха.
Они в зависимости от времени наступления и интенсивности могут
частично или существенно повредить сельскохозяйственные культуры,
полностью их уничтожить или снизить урожай.
Информация об интенсивности заморозков, сроках их прекращения
весной и возникновения осенью широко используются для оценки
заморозкоопасности территорий, размещения теплолюбивых культур,
установления сроков посева и уборки сельскохозяйственных культур, выбора
способов защиты от этого явления. Наиболее опасны поздние весенние
заморозки и ранние осенние заморозки, совпадающие с периодом активной
вегетации растений и ограничивающие использование агроклиматических
ресурсов вегетационного периода в сельскохозяйственном производстве.
По интенсивности заморозки делятся на слабые, средние и сильные.
Слабыми заморозками принято считать заморозки при которых t ° воздуха
не опускается ниже –2°, при средних заморозках t ° воздуха колеблется от-2°
до-5°. Сильные заморозки при t ° воздуха от –5° и ниже. По времени
возникновения заморозки бывают весенние, летние (но не на Ставрополье) и
осенние. По длительности действия они делятся на продолжительные (более
12 часов), средней продолжительности (5-12 часов), и кратковременные (до 5
часов).
На территории Ставропольского края обычно последние заморозки на
равнинной части территории заканчиваются в середине апреля, а первые
начинаются в середине октября. Шпаковский район это 4 - 5
агроклиматический район. Продолжительность безморозного периода
составляет 180-195 дней. Последний заморозок весной на территории г.
Ставрополя интенсивностью 0° в воздухе отмечается 6-12.04, на почве - 2026.04, интенсивностью –2° в воздухе –26,03-1,04, на почве –26.03-1.04. Дата
первого заморозка осенью: Ставрополь интенсивность 0°, воздух - 26.104.11, почва - 15-24.10, интенсивностью –2° в воздухе 6-15.11, на почве - 1524.10.
Интенсивность заморозков измеряется в зависимости от
местонахождения.
Местоположение
Вершины склонов
Долины в холмистой местности
Долины в горах
Котлованы
Города
Изменение интенсивности
заморозков
От
до
+2
-1,5
-4
-2
-5
-4
-6
-2
-3
Форма рельефа, ориентация склонов и подстилающая поверхность,
наличие водоемов обуславливают изменения сроков прекращения и
появления заморозков. Как указывает климатолог Гольцберг, эти изменения
могут достигать 20-30 дней. Широкие долины, бугры, южные и восточные
склоны всегда теплее других форм рельефа. Наиболее морозоопасными
являются различные понижения, котлованы.
Заморозки в крае отмечались 6.04.1999 года, t мин в воздухе = -4,-6°,
6-9.05.1999 года, t мин = -0,-4, 3-5.04.2004 года t мин воздуха = -4-7°, а в
западных районах края до –7…-11°. Общий ущерб составил 1245 млн. руб.
повреждены сады на площади 3400 га, виноградники –2,5 тысячи га,
21.05.2005 года t мин в воздухе = -0,8° , на поверхности почвы до –1°,
повреждены посевы овощных культур, ущерб – 28 тыс. руб. 4-5.05 и 14.05
2005 г. t min в воздухе = -3…-4° в северной половине края ущерб составил
217 тыс. руб.
2.ТИПЫ ЗАМОРОЗКОВ:
Адвективные заморозки – возникают вследствие вторжения холодной
массы воздуха с температурой ниже 0°С. Низкие температуры наблюдаются
не только в приземном слое воздуха, они могут распространятся во всей
массе до больших высот. Адвективные заморозки могут продолжаться
несколько суток подряд, охватывать большие территории и сопровождаться
облачной и ветреной погодой.
Радиационные заморозки – возникают в тихие ясные ночи при
относительно низких средних суточных температурах, вследствие
интенсивного излучения тепла деятельной поверхностью, охлаждения ее и
прилегающего слоя воздуха. В период радиационных заморозков понижается
температура только поверхности почвы или приземного слоя воздуха
небольшой толщины. Выше этого слоя располагается более теплый воздух,
т.е. в приземном слое воздуха образуется инверсия температуры. Разность
температур на h = 2 м (будка) и на поверхности почвы или в травостое
составляет в среднем 2,5-3,0°С. Наиболее низкая температура воздуха в
тихие ясные ночи отмечается на h = 2-5 см над поверхностью почвы,
температура на оголенной почве выше на 1-3°, чем на h = 2 м. Интенсивность
и продолжительность радиационных заморозков зависит от рельефа
подстилающей поверхности, влажность почвы и воздуха и т.д.
Продолжительность - в течение ночи, и могут повторяться в течение
длительного периода.
Адвективно - радиационные заморозки – смешанные образуются при
вторжении холодной воздушной массы и последующего ее выхолаживания
за счет ночного излучения. Наблюдаются, как правило, в конце весны и
начале лета, и ранней осенью. Интенсивность их не велика (-2°…-3°),
отмечаются обычно на поверхности почвы или травостоя в ночные часы,
главным образом перед восходом солнца и продолжаются 3-4 часа.
Заморозки на поверхности почвы весной заканчиваются позже, а
осенью начинаются раньше, чем в воздухе, поэтому беззаморозковый период
на почве на 20-30 дней короче, чем в воздухе.
Распространение заморозков, их вероятность.
Период между датой самых поздних весенних и датой самых ранних
осенних заморозков называется беззаморозковым. Детальные исследования
заморозков на территории СССР выполнены климатологом Гольцберг И.А.
В северных районах территории России заморозки возможны во все
месяцы теплого периода. Продолжительность беззаморозкового периода
колеблется от 90 дней на севере до270 дней на юге. Раньше всего заморозки
заканчиваются на Черноморском побережье Кавказа – в конце февраля и
беззаморозковый период равен 300 дней. Здесь возделываются
субтропические культуры: чай, мандарины, хурма, фейхоа, инжир,
дикорастущие пальмы, магнолии (агрометстанция Сочи), лимон, персик.
Восточная Сибирь – заморозки прекращаются во второй половине
мая – начале июня.
Осенние заморозки: на севере и востоке ЕТС – конец августа, на
Черноморском побережье – декабрь. Широтное направление изолиний
средней даты начала и прекращение заморозков Гольцберг составила
графики вероятности прекращения или начала заморозков различной
интенсивности. В справочниках по агрометеорологическим ресурсам
обязательно дается характеристика заморозков.
3.ПРЕДСКАЗАНИЕ ЗАМОРОЗКОВ.
1.Если к 21 часу температура точки росы меньше +2гр, то при
безоблачной погоде и безветрии заморозок возможен, но температура точки
росы равная +2° может быть при разных температурах, далеких от 0°, - не
точный прием.
2.Из показаний смоченного термометра в 13 и 21 час вычесть
определяющего величину из таблицы стр. 242 практикум. Например из
температуры воздуха в 13 часов вычитается 3,5 гр, из температуры в 21 час –
1,9гр. Метод также не точный, т.к. температура воздуха берется на высоте
метеорологической будки ( 2м). Необходимо еще вводить поправку на
высоту растений.
3. Заморозок определяется по графику на стр.242 Практикум – это
метод Броунова. Здесь учитывается температура воздуха в 13 и 21 час.
4.Используюьтся значения абсолютной влажности воздуха ( по
графику на стр. 244).
5. По формулам.
6. Метод непрерывных наблюдений. Стр. 246. Практикум.
В настоящее время заморозки хорошо с заблаговременностью 1-3
суток предсказывалось синоптиками.
Формула Михалевского:
t min В = t1 – ( t - t1) *С ± А
t min П = t1 – ( t - t1) *2С ± А
t min В t min П – ожидаемая минимальная температура в воздухе и на
почве.
t – t0 – по сухому термометру в 13 часов.
t1 – температура по смоченному в 13 часов.
С – коэффициент, зависящий от влажности воздуха в 13 часов
(f=100% - С=5,0
f=45% С=1,0
f =70% С=2,0 f=15% С=0,3
Если рассчитанная минимальная температура получается ниже –
минус 20С – Заморозок возможен, при t0= -20+20С – заморозок вероятен, при
t0 >+2гр. - маловероятен.
Корректировка по облачности производится в 21 час.
1. Небо ясное, то температура уменьшается на 20 (А = -2)
2. облачность 4-7 баллов - А=0
3. полная облачность А = 20
На торфяно-болотистых почвах северо-запада России по формуле
Меджитова:
tВ=0,80t+0,09 f –14,1
tП= 0,78t+0,11 f –18,3
t, f – температура и относительная влажность воздуха в 13 часов.
Другие – метод МЕ Берлянда – берется большее количество исходных
данных.
4. ВЛИЯНИЕ ЗАМОРОЗКОВ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ
КУЛЬТУРЫ.
Устойчивость растений к заморозкам и степень их повреждения
зависит от многих факторов: времени наступления, интенсивности и
продолжительности заморозков, скорости и условий оттаивания растений,
состоянии самих растений – фазы развития, вида, сорта.
Температура, ниже которой растения повреждаются или гибнут,
называется критической. В.Н.Степанов выделил 5 групп полевых растений
по устойчивости к заморозкам продолжительностью 5-6 часов.
ТАБЛИЦА критических температур повреждения с/хоз. Культур
заморозками.
Методы защиты от заморозков:
1.Дымление – повышение температуры подстилающей поверхности и
приземного слоя воздуха под дымовой завесой. Дым, в утренние часы,
закрывая растения от солнца способствует более медленному и
равномерному их оттаиванию ткани растений. Дымовая куча состоит
из 1. солома, 2.стружки, 3.дрова, 4.листва, 5. солома, 6.навоз, 7. ботва,
сверху земля.
2. Обогрев горелками, пленочные укрытия.
3. Полив, дождевание.
4. Более поздний посев.
5. Подбор скороспелых сортов.
6. Выбор менее заморозкоопасных участков.
Устойчивость растений к заморозкам и степень их повреждения
зависит от многих факторов: времени поступления, интенсивности и
продолжительности заморозков, скорости и условий оттаивания растений,
состояние самих растений: фазы развития, вида, сорта.
Температура ниже лот. Растения повреждаются или гибнут,
называется критической.
Минимальные критические температуры для различных с/х культур в
разные фазы развития изменяются в широких пределах. Одни растения
выдерживают понижение температуры до –7, -10°, другие погибают при
температуре = -1…-0°. Поэтому для с/х производства необходимо знать не
только понижение температуры до 0°, но и предел, до которого она может
понизиться. Например, понижение температуры до –2° не опасно для всходов
ячменя, овса, которые повреждаются только при температуре = -8°-9°, но
опасно для всходов картофеля, огурцов. Мероприятия по борьбе с
заморозками позволяют значительно уменьшить или свести, на нет вредное
воздействие заморозков и тем самым сохранить урожай с/х культур.
Методы защиты от заморозков:
1.дымление – повышение температуры подстилающей поверхности и
приземного слоя воздуха под дымовой завесой. Дым в утренние часы
закрывая растения от солнца способствует более медленному и
равномерному их отращиванию тканей растений – дымовые кучи
температура больше на 1-2°.
2. обогрев (горелка), пленочные укрытия.
4. полив, дождевание.
5. более поздний посев
6. подбор скороспелых сортов
7.выбор менее заморозкоопастных участков.
Минимальные
критические
температуры
для
различных
сельскохозяйственных культур в разные фазы развития изменяются в
широких пределах. Одни растения выдерживают понижение температуры до
–7, -10°, другие погибают при температуре –1…-0°, поэтому для
сельскохозяйственного производства необходимо знать не только понижение
температуры до 0°, но и предел, до которого одна может понизится.
Например, понижение температуры до –2° не опасно для всходов ячменя
овса, которых повреждается только при температуре –8° - -9°, но опасно для
всходов картофеля, огурцов.
Мероприятия по борьбе с заморозками позволяют значительно
уменьшить или свести на нет вредное воздействие заморозков и тем самым
сохранить урожай сельскохозяйственных культур.
5. ЗАСУХИ И СУХОВЕИ
Около 70 % посевных площадей зерновых культур в России
расположено в районах недостаточного и неустойчивого увлажнения, в
которых засухи, суховеи и пыльные бури различной интенсивности и
продолжительности наблюдаются почти ежегодно, охватывая значительные
территории.
Засуха — это агрометеорологическое явление, вызывающее резкое
несоответствие между потребностью растений во влаге и ее поступлением из
почвы в результате недостаточного количества осадков и повышенной
испаряемости, что нарушает нормальное водоснабжение растений.
Суховей — ветер при высокой температуре и низкой влажности
воздуха. Температура при суховеях всегда выше 25 °С и часто повышается до
35...40 "С, относительная влажность ниже 30 %, очень велик дефицит
влажности воздуха (20...22 гПа ). Скорость ветра не менее 5 м/с,
преобладающее направление ветра — восточное или юго-восточное, иногда
южное. Эти факторы вызывают сильное испарение, что приводит к
нарушению водного баланса растений.
Под воздействием засухи и суховея ткани растений обезвоживаются, в
результате чего нарушаются физиологические процессы: фотосинтез,
дыхание,
углеводный
и
белковый
обмен.
Резкое
снижение
фотосинтетической деятельности подавляет ростовые функции, нарушает
процессы органогенеза, уменьшает, например, число колосков, увеличивает
число бесплодных цветков. В итоге эти явления снижают продуктивность
растений.
Воздушные массы таких антициклонов характеризуются большой
прозрачностью и малой влажностью воздуха. Устанавливаясь над
центральной частью, югом или юго-востоком европейской части России, над
югом Западной Сибири, эти антициклоны приводят к формированию ясной
или малооблачной погоды (см. разд. 10.4). Вследствие этого происходит
быстрая трансформация арктического воздуха: он прогревается, становится
еще суше. Транспирация усиливается, осадки не выпадают, и наступает
обезвоживание тканей растений.
Различают атмосферную засуху, обусловливающую сильную
транспирацию растений и испарение с поверхности почвы, и почвенную
засуху, характеризующуюся недостатком физиологически доступной
растениям влаги в почве. Атмосферная засуха обычно предшествует
почвенной.
По времени наступления засуху подразделяют на весеннюю, летнюю
и осеннюю.
Весенняя засуха характеризуется невысокой температурой и низкой
относительной влажностью воздуха, малыми запасами продуктивной влаги в
почве и сухими ветрами. Весенняя засуха замедляет прорастание семян и
появление всходов, вызывая при этом их изреженность, ослабляет
укоренение рассады. Яровые культуры повреждаются этой засухой больше,
чем озимые, имеющие уже хорошо развитую корневую систему.
Продолжительная засуха весной существенно снижает конечный
урожай культур даже при условии благоприятного по увлажнению лета.
При летней засухе наблюдаются высокая температура воздуха, низкая
относительная влажность его и, как следствие, сильное испарение. Резкое
нарушение водного питания снижает прирост вегетативной массы, вызывает
засыхание листьев, снижает фотосинтетическую деятельность растений,
обусловливает щуплость зерна, приостанавливает прирост клубней и
корнеплодов, способствует опадению завязи и плодов в садах. Последствия
летней засухи обычно более тяжелые, чем весенней, так как помимо резкого
снижения урожая культур ухудшается качество выращенной продукции.
Осенняя засуха возникает на фоне пониженных температур и
влажности воздуха. Она наступает после уборки зерновых и в период
окончания вегетации пропашных и некоторых других культур.
Отрицательное действие осенней засухи испытывают главным образом
озимые культуры посева текущего года. Из-за сухости верхних слоев почвы
семена долго не прорастают и всходы появляются с запозданием. Растения не
успевают укорениться, пройти фазу кущения и нередко погибают в зимний
период. В отдельные засушливые осенние периоды, когда пахотный горизонт
не имеет необходимых запасов продуктивной влаги, посев озимых зерновых
вообще нецелесообразен., на европейской части России повторяемость
весенних засух составляет 42 %, летних — 33, осенних — 25 %.
Наибольший ущерб зерновому хозяйству нашей страны наносят
весенне-летние засухи, охватывающие многие основные зерновые районы.
По данным Е. С. Улановой, к наиболее сильным засухам, которые
охватывали огромную территорию (от 7 до 10 основных зерновых районов
европейской части России и Сибири), относятся засухи следующих лет: 1946,
1954, 1955, 1963, 1965, 1972, 1975, 1979, 1981, 1984. Нередки засухи, которые
охватывают 5...6 основных зерновых районов и значительно снижают
валовой сбор зерновых культур в целом по стране. К таким засухам можно
отнести засухи 1948, 1949, 1957, 1967, 1982, 1985 гг.
Далее следуют локальные засухи, которые снижают урожай
зерновых культур в отдельных районах, существенно не влияя на общий
валовой сбор зерна по территории, например сильная засуха 1969 г. на
Северном Кавказе или засуха 1974 г. в Западной Сибири.
На европейской части России продолжительная, очень интенсивная
засуха была в 1972 г. — одна из жесточайших засух за последние 100 лет .
Она характеризовалась необычно длительным периодом высоких температур
(30...35 °С), продолжительными периодами без дождей, большой сухостью
воздуха, сильными перегревами почвы и необычайно широким распространением по территории. Засуха 1972 г. обусловила возникновение массовых
лесных пожаров и возгорание торфяников в Архангельской области,
Центральном районе, Ленинградской, Псковской, Новгородской областях, в
Среднем Поволжье.
Агрометеорологические показатели засух и суховеев. Для
сравнения интенсивности засух и суховеев в различных районах и в разные
годы в целях разработки мер борьбы с этими явлениями необходимы
количественные критерии.
Еще В. В. Докучаев для характеристики засушливости района
сопоставлял осадки с испаряемостью. В дальнейшем эту идею, нашедшую
широкое признание, развивали многие ученые.
В. Г. Нестеров предложил определять засушливость по особому
гидротермическому показателю
Кн = l(td),
где / — температура воздуха в 13 ч, °С; d - дефицит влажности воздуха в 13
ч, гПа.
Показатель Кц вычисляют по данным в день последнего дождя. Засуха
начинается, когда гидротермический показатель достигает 4000 °С ■ гПа.
Для определения начала засухи Н. В. Бова разработал показатель
засушливости
Къ= lO{Wnp + r)/lt,
где lVnp — запасы продуктивной влаги в слое почвы 0...100 см весной, мм;
г— количество осадков, выпавших с весны до момента расчета (до
наступления засухи), мм; 2/ - сумма температур от даты перехода
температуры воздуха через 0 °С весной до наступления засухи, °С.
Началом засухи принято считать период, когда К^ уменьшается до 1,5
мм/°С. При этом значении Къ начинается повреждение засухой яровой
пшеницы на юго-востоке европейской части России.
При пользовании формулой Н. В. Бовы необходимо учитывать, что
корневая система растений в первую половину вегетации развита
недостаточно, поэтому в указанный период следует брать не весь запас влаги
в почве, а лишь 65...70 % общего.
Характеристикой засух для юго-восточных районов европейской
части России (ЕЧР) может служить гидротермический коэффициент Г. Т.
Селянинова.
Оценка засушливости по ГТК дм юго-восточных районов ЕЧР
Засуха
ГТК
Засуха
ГТК
Слабая Средняя
0,9 ... 0,6 0,6 ... 0,5
Сильная Очень сильная
0,5 ... 0,4 < 0,4
Однако ГТК не всегда может служить надежным критерием степени
засушливости, так как он не учитывает запасы влаги в почве.
Для оценки общих засух (атмосферных и почвенных) Е. С. Уланова
предложила использовать коэффициент увлажнения
...06
где Wnv — запасы продуктивной влаги в слое почвы 0...100 см во время
устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 5° С
весной, мм; гО5...об — сумма осадков за май—июнь, мм; Ё?о5...об — сумма
средних суточных температур воздуха за май—июнь, °С.
Коэффициенты увлажнения, соответствующие различной степени засухи:
Ку< 15 — очень сильная засуха, 15 < Ау < 20 — сильная засуха, 20 < Ку < 25
— средняя засуха.
Интенсивность атмосферной засухи можно определить по сочетанию
максимальной температуры и дефицита влажности воздуха (табл. 12.2).
12.2. Агрометеорологические показатели атмосферных засух (по В. М.
Пасову)
Засуха
Максимальная температура Дефицит влажности воздуха
воздуха, °С
в 13 ч, гПа
Средняя
<30
27 ... 52
31 ... 35
27 ... 40
Интенсивная
31 ... 35
41 ... 52
■•<
36 ... 40
27 ... 52
Очень
36 ... 40
53 ... 80
интенсивная
>40
>27
Некоторые авторы считают, что надежным показателем интенсивности
засухи является снижение урожая по сравнению со средним многолетним
значением. А. В. Процеров предложил следующие показатели засухи: очень
сильная - снижение урожая более 50 %, сильная — снижение урожая от 20 до
50 %, слабая — снижение урожая на 20 %.
ЛЕКЦИЯ 9
КЛИМАТ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО
ПРОИЗВОДСТВА
План:
1. Понятие о климате и климатообразующие факуторы.
2. Классификация климатов России.
3. Изменение климата.
4. Сельскохозяйственная оценка климата5. Агроклиматическое
районирование Ставропольского края.
1. ПОНЯТИЕ О КЛИМАТЕ И КЛИМАТ00БРАЗУЮЩИХ
ФАКТОРАХ
Климат — это закономерная последовательность атмосферных
процессов, формирующаяся в данной местности в результате взаимодействия
солнечной радиации, атмосферной циркуляции и физических явлений,
происходящих на подстилающей поверхности, и обусловливающая в этой
местности характерный для нее многолетний режим погоды. С
количественной стороны климат характеризуется средними значениями
(нормами), экстремальными значениями метеорологических элементов
(температуры и влажности воздуха, облачности, осадков, ветров и т. д.),
показателями их изменчивости (среднее, среднее относительное и среднее
квадратическое отклонения от нормы и др.), вероятностью и
обеспеченностью тех или иных значений метеоэлементов и т. д., полученных
на основании многолетних наблюдений.
Область науки, изучающая условия формирования климата и
климатический режим различных стран и районов, называют климатологией.
Она также занимается проблемой изменения климата под воздействием
человека.
Основателем климатологии в России был великий русский географ и
климатолог А. И. Воейков. В своем классическом труде «Климаты земного
шара, в особенности России» А. И. Воейков дал первое и глубокое по
содержанию описание климатов земного шара.
Основными климатообразующими факторами являются: солнечная
радиация, циркуляция атмосферы и подстилающая поверхность. Под их
совместным влиянием формируется климат в различных местах земного
шара. Большое влияние на климат оказывает также хозяйственная
деятельность человека, изменяющая физические свойства подстилающей
поверхности.
Солнце — основной источник лучистой энергии. Еще древние греки
установили значение солнечной энергии для климата Земли — ведь слово
«климат» в переводе с греческого означает «наклон», т. е. угол падения
солнечных лучей. Действительно, чем ниже Солнце над горизонтом, тем
меньше лучистой энергии приходит на земную поверхность. Количество
солнечной энергии, поступающей на земную поверхность, зависит от
географической широты. Последняя в данной местности определяет
полуденную высоту Солнца над горизонтом и продолжительность дня и
ночи, а следовательно, и приход-расход лучистой энергии Солнца. Чем
дальше от экватора к полюсу, тем меньше солнечного тепла получает
единица поверхности Земли из-за большого наклона солнечных лучей.
Например, суммарная радиация за Полярным кругом достигает всего
2300...2500 МДж/м2 в год, тогда как в тропиках она колеблется от 5850 до
9200 МДж/м2.
Значительное влияние на формирование климата оказывает
атмосферная циркуляция, так как с ней связан приход в данную местность
масс воздуха различного географического происхождения. Чтобы пояснить
значение этого фактора, приведем данные по двум городам, расположенным
приблизительно на одной и той же широте (около 45° с.ш.) на берегу моря.
Но один из них — Бордо (Франция) (около Гз.д.) — находится на берегу
Бискайского залива, а другой - Владивосток (около 130° в. д.) -на берегу
Японского моря. Зимы в этих местах сильно различаются, особенно по
температуре. В Бордо средняя температура воздуха в январе около 5 "С, во
Владивостоке около —13,5 °С, т. е. на 18,5 °С ниже. Такое различие
объясняется особенностями циркуляции воздуха в зимнее время. В Бордо
зимой преобладают юго-западные ветры, приносящие теплые массы воздуха
с Атлантического океана; во Владивостоке зимой дуют северо-западные
ветры, приносящие холодные массы воздуха с континента — СевероВосточной Сибири.
Большое значение в формировании климата имеет подстилающая
поверхность: вода - суша, так как от этого зависят физические свойства
располагающихся над ней воздушных масс. Также различным будет влияние
на климат гор и равнин, обнаженной поверхности и поверхности, покрытой
растительностью, и т. д.
Особенно велико различие в воздействии на климат со стороны моря
и суши. Вода обладает большой теплоемкостью и хорошей
теплопроводностью, и вследствие этого она медленно нагревается, но на
значительную глубину и так же постепенно охлаждается. Поэтому океаны,
моря и крупные озера служат регуляторами тепла, уменьшая как суточные,
так и годовые колебания температуры приземного слоя воздуха. Климат же,
формирующийся при преобладающем воздействии на атмосферу больших
пространств суши, отличается повышенными амплитудами годового и
суточного хода температуры поверхности и воздуха.
Существенное влияние на климат оказывают морские течения. Теплые
течения, направленные в высокие широты, например Гольфстрим, создают
на омываемых ими берегах особый климат с очень теплой зимой и малой
годовой амплитудой колебания температуры. Например, в Мурманске
наблюдается такая же средняя месячная температура января, как в
Волгограде, расположенном значительно южнее: —10 °С. На берегах,
омываемых теплым течением, выпадает повышенное количество осадков,
причем осадки часто сопровождаются грозами и бурями.
Рельеф оказывает большое влияние на климат, особенно крупные
формы рельефа: горные хребты и высокие плоскогорья. В горной местности
вообще создается особый тип климата, носящий название горного климата.
Горы нередко служат преградой для воздушных масс, являясь границей,
разделяющей области с различными климатическими условиями. Вся
защищенная горами Кавказа полоса побережья Черного моря имеет влажную
и теплую зиму: сумма осадков составляет 400...500 мм и более, средняя
температура января — 0...+5 °С, в Ставропольском и Краснодарском краях соответственно 200... 150 мм и —5 °С.
Лесная растительность воздействует на климат прилегающей
территории. Если мы говорим, что климат влияет на растительность,
определяя ее ареалы, то, в свою очередь, растительный мир сильно влияет на
климат, в частности на влагооборот.
Климатические факторы действуют совместно, взаимно обусловливая
друг друга. Так, атмосферная циркуляция, обусловленная в основном
радиационными факторами, сама воздействует на них в результате появления
облачности в процессе переноса воздушных масс и влагооборота.
Климатические условия местности могут изменяться и под влиянием
хозяйственной деятельности человека, поскольку она может изменить
физические свойства подстилающей поверхности. Вырубка и насаждение
лесов, лесных полос, осушение болот, распашка степей, создание больших
водохранилищ и т. д. — все это оказывает воздействие на тепло- и
влагообмен между деятельной поверхностью и воздухом и, следовательно, на
климат.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ КЛИМАТОВ РОССИИ
Различные сочетания климатообразующих факторов создают большое
разнообразие климатов на земном шаре. Существует довольно много
классификаций климатов.
На территории России представлены следующие типы климатов.
Климат вечного мороза формируется в высоких широтах Арктики и
в высокогорных районах (выше снеговой линии), где средняя температура
июля около 0 "С, а осадков выпадает менее 200 мм в год.
Зона климата тундры занимает Крайний Север России, но на
крайнем северо-востоке ее южная граница отодвинута на юг почти до 60°
с.ш. (рис. 10.5). За южную границу тундры принимают северный предел
распространения леса, совпадающий с изотермой 10... 12 "С самого теплого
летнего месяца. Летом здесь бывает непродолжительный безморозный
период, поэтому растительность в тундре скудная (карликовые ивы и березы,
мелкие кустарники, на южных склонах трава). Климат тундры суровый, зима
продолжительная. В сибирской тундре средние температуры зимой
составляют —25...—35 °С. Лето короткое, прохладное, средняя температура
не выше 10... 12 "С. Снег и заморозки могут быть в течение всего лета.
Вегетационный период в тундре длится 2...3 мес. За это время растения
получают достаточно света и влаги, но испытывают недостаток в тепле, что
замедляет их рост.
Зона климата тайги занимает наибольшую часть России от Карелии
до Камчатки. В европейской части России зима умеренно холодная (средняя
температура января —7...—15 °С), но по мере продвижения на восток
суровость зимы усиливается. В Восточной Сибири зима морозная,
малоснежная, средняя температура января —25...—38 "С, минимальная
температура зимой опускается до —40...—45 °С в восточных районах, до —
50...-60 "С в северных. Абсолютный минимум, отмеченный в районе Верхоянска - Оймякона, достигал -71 "С. Весна в сибирской тайге наступает позже,
чем в европейской, заморозки в Восточной Сибири наблюдаются даже летом,
но средняя температура воздуха летом в Сибири выше, чем на этих же
широтах в европейской части. Средняя температура июля преимущественно
14... 18 "С. Осень в западных районах продолжительная, в восточных —
короткая, с быстрым наступлением холодов. Годовая сумма осадков по зоне
350...600 мм.
Зона климата лиственных лесов простирается от западных границ
России до р. Оби в районе Новосибирска. Эта зона в Сибири ограничена с
севера и востока низкими температурами зимы, с юга — сухим жарким
летом. Зима в западных районах этой зоны мягкая, с частыми оттепелями,
пасмурная, на востоке более суровая, по зоне средняя температура января
колеблется от —4 до —18 "С, лето более теплое. Средняя температура июля
17...20 "С. Разность средней месячной температуры воздуха января и июля в
Москве 28 "С, в Новосибирске 38 °С. Рост амплитуды годового хода
температуры воздуха характеризует увеличение континентальное™ климата
с запада на восток. В этом же направлении отмечается уменьшение годовой
суммы осадков от 600 до 400 мм.
Муссонный климат умеренных широт отмечается на Дальнем
Востоке (Приамурье, Приморье, Камчатка, Сахалин). В целом муссонный
климат дальневосточной области характеризуется холодной, сухой и
солнечной зимой, прохладным и влажным летом, частыми туманами и
прохождением тайфунов. Средняя температура января изменяется от —25 °С
на севере до —10 °С на юге, июля — соответственно от 10 до 20 "С. Годовая
сумма осадков колеблется в пределах 200... 100С мм. Дальневосточная
область получает меньше тепла, чем следовало бы по географическому
положению. Причины этого заключаются, во-первых, в сравнительно
холодных восточных морях, отнимающих летом много тепла, во-вторых, во
влиянии огромного азиатского материка с его суровыми зимами, в-третьих, в
действии летних ветров с морей, обусловливающих большую облачность.
Зона климата степей охватывает Нижнее и Среднее Поволжье,
Северный Кавказ, Южный Урал, южные районы Западной Сибири и южные
районы Восточной Сибири. В этой зоне годовая сумма осадков (450...250 мм)
меньше годовой суммы испаряемости, часто наблюдаются засухи и суховеи,
нередко бывают пыльные бури. Средняя температура июля 20...25 "С. Зима
малоснежная, в восточных районах суровая (средний из абсолютных годовых
минимумов температуры воздуха —35...—45 °С). В южных степях годовая
сумма осадков не более 350 мм.
Субтропический средиземноморский климат наблюдается на
Черноморском побережье Краснодарского края. Для него характерны
влажная теплая зима (0...5 °С) и засушливое теплое лето (22...24 °С). Годовая
сумма осадков составляет 600...800 мм.
3. ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА
Изменение климата - многолетняя или многовековая направленная смена одного метеорологического комплекса другим в сторону
постепенного похолодания или потепления, иссушения или увлажнения.
Нет никакого сомнения, что на протяжении истории Земли вместе
со всей земной природой менялся и климат. Геологические данные
показывают, что изменения климата в прошлом Земли были очень глубокими
и охватывали сотни миллионов лет.
На протяжении этого времени коренным образом менялось
положение на Земле: расположение суши и моря, орография, распределение
океанических течений, вулканическая деятельность, состав атмосферы и пр.
С другой стороны, могли меняться и космические влияния на Землю.
Обнаружение обширных и мощных толщ морских известняков и
ископаемых коралловых рифов в средних широтах, например в Центральной
Европе, говорит о более теплом климате, существовавшем в этих районах в
разные эпохи жизни Земли. В пластах бурых углей в Европе обнаруживаются
остатки таких теплолюбивых растений, как веерные пальмы. Образование каменного угля происходило некогда и в Арктике, и в Антарктиде. Богатство
ископаемых видов пресмыкающихся и их огромные размеры также являются
подтверждением теплых климатов.
Один из признаков холодных периодов — слабое химическое
выветривание и преобладание физического выветривания с обилием
обломочного материала в отложениях. Особенно важными показателями
похолоданий являются характерные отложения и формы ландшафта,
связанные с оледенениями (моренные отложения, ископаемые льды), а также
соответствующая флора и фауна. В частности, моренные отложения,
встречающиеся в Индии, свидетельствуют о том, что ледники из Арктики
спускались до этих широт.
Важнейшее доказательство аридных (сухих) периодов - усиленное
отложение солей (особенно, если климат также и жаркий). Пояса
месторождений ископаемых солей на Земле тоже меняли свое положение на
протяжении геологических эпох. Сухие периоды определяются еще и по
остаткам ксероморфной растительности и степных животных.
Об изменении климата, в частности за историческую эпоху (когда
появился человек), свидетельствуют и данные археологии и летописей, а
также новейшие геологические напластования, болотные отложения,
годичные кольца деревьев. Установлено, что в начале нашей эры климат
Европы был близок к современному. С IV в. началось потепление,
продолжавшееся до XIII в. Это климатический оптимум исторического
времени. С XIII в. климат стал ухудшаться; о похолодании можно судить по
такому факту: Черное море не раз замерзало, и из Крыма в Турцию устанавливался санный путь. В XVII в. произошло небольшое потепление,
однако до середины XIX в. температуры оставались низкими. У А. С.
Пушкина описан «бег санок по Неве широкой», что невозможно при ледовом
покрове нынешних зим. С середины XIX в. началось, по мнению
большинства ученых, потепление.
Пока нет единой теории, объясняющей колебания климата. Есть
лишь различные гипотезы, которые можно разделить на три группы.
1.
Астрономические гипотезы связывают изменения климата с
периодическими колебаниями элементов земной орбиты, благодаря чему
должно меняться общее количество тепла, приходящего к Земле от Солнца, с
колебаниями наклона оси вращения Земли и с изменением скорости
вращения Земли вокруг своей оси.
2.
Физические гипотезы объясняют колебания климата изменением
интенсивности солнечной радиации, так как Солнце, по мнению ряда ученых,
— переменная звезда. И «солнечная постоянная» (So) испытывает
периодические и существенные колебания (±20 %). Предполагается также,
что Земля в разные периоды своей жизни проходит через области мирового
пространства с различным содержанием межзвездного вещества, которое, поразному поглощая солнечную энергию, опять-таки меняет количество
поступающей на Землю солнечной радиации и ее спектральный состав.
3. Геолого-географические гипотезы увязывают изменения климата с
перемещением материков, изменением очертаний океанов, их глубин, с
переменой в направлении и мощности океанических течений, что неизбежно
сопровождается существенными изменениями циркуляции атмо- и
гидросферы. Примером тому может служить такое явление, как Эль-Ниньо,
что в переводе с испанского означает «новогодний мальчик» или
«младенец». Его впервые заметили перуанские рыбаки 200 лет тому назад, а
в последние годы изучают ученые многих стран.
Оно связано с формированием больших участков теплой воды в
экваториальной части Тихого океана, а также подъемом глубинных,
холодных вод у Западного побережья Южной Америки. Это явление резко
изменяет тепло- и влагообменные процессы атмосферы и океана (одного из
важнейших погодообразующих факторов), что вызывает хаос в мировой
погоде: сильнейшие дожди в Южной Америке, Европе и Индии, жестокие
засухи (сахель) в Африке и Австралии. Последний сильный и
продолжительный период Эль-Ниньо зафиксирован в 1982— 1983 гг., а
начало нового — в 1998 г.
Поскольку естественные изменения климата происходят медленно, с
временными масштабами в тысячи и даже миллионы лет, то для ближайшего
столетия большое значение имеют современные изменения климата под
влиянием антропогенных факторов, т. е. деятельности человека.
Уже древние земледельцы, сводя леса и распахивая землю, изменяли
температуру и влажность воздуха, влагосодержание почвы, а следовательно,
испарение. Современное полезащитное лесоразведение уменьшает скорость
ветра, задерживает снег и тем самым повышает влажность воздуха и почвы.
При осушении болот уменьшается влажность и повышается температура.
Водохранилища, наоборот, увеличивают влажность почвы и воздуха. В этом
же направлении действует искусственное орошение. А все это влияет на
тепло- и влагообмен между подстилающей поверхностью и атмосферой, а
значит, и на циркуляцию атмосферы.
В густонаселенных районах Земли в результате все возрастающего
количества сжигаемого топлива содержание углекислого газа в воздухе
повысилось на 10... 15 % и, по данным М. И. Буды-ко, продолжает
повышаться на 0,2 % в год (от его общего количества). Это вследствие
оранжерейного эффекта привело к повышению глобальной температуры
воздуха за последнее столетие примерно на 0,6 °С, и тенденция к ее
повышению сохраняется.
По оценкам М. И. Будыко (1992), развитие потепления в первой
четверти XXI в. более заметно проявится в высоких широтах, чем в низких,
причем в холодное время будет более выражено, чем в теплое; количество
осадков в умеренных широтах также возрастет.
В результате потепления следует ожидать таяния ледников и, как
следствие этого, повышения общего уровня Мирового океана. По подсчетам
американских ученых, уже в ближайшие 25 лет его уровень поднимется
почти на 10 см в районе Североамериканского континента.
Глобальное изменение климата определенным образом будет влиять и
на сельскохозяйственное производство. Поэтому этой проблемой занимаются
ученые многих стран, проходят международные конференции, организуемые
Всемирной метеорологической организацией. Климат - «ничей», он —
общемировое достояние, условие нормальной жизни всех людей Земли.
4. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ОЦЕНКА КЛИМАТА
Климат определяет географическое распространение и успешность
возделывания всех сельскохозяйственных культур, условия выпаса и
содержания животных. Для того чтобы эффективно использовать
потенциальные возможности, а также уменьшать ущерб от неблагоприятных
для сельскохозяйственного производства погодных явлений, вредителей и
болезней сельскохозяйственных культур, необходимо изучение климата. Для
этих целей устанавливаются количественные показатели влияния факторов
климата на объекты и процессы сельскохозяйственного производства.
МЕТОДИКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ КЛИМАТА
Основы методики агроклиматической оценки территории начали
разрабатывать в начале XIX в. А. И. Воейков и П. И. Броу-нов. Их идеи
получили развитие в исследованиях Г. Т. Се-лянинова, П. И. Колоскова, Ф.
Ф. Давитая, Л. Н. Бабушкина, И. А. Гольцберг, С. А. Сапожниковой, А. И.
Руденко, Ю. И. Чиркова, Д. И. Шашко, А. М. Шульгина, А. Р.
Константинова, А. П. Федосеева и других ученых. За рубежом в этом
направлении работали Б. Ливингстон, Дж. Ацци, Е. Никольс и др. В основу
методики сельскохозяйственной оценки климата положены законы
биологических наук (см. введение).
Газовый состав воздуха одинаков во всех климатических зонах.
Световой режим в условиях оптимальной густоты стояния растений обычно
не лимитирует их рост и развитие (за исключением полярных районов в
период прохождения растениями световой стадии развития). Продуктивность
растений в основном определяется количеством тепла и влаги.
Поэтому изучение климата для сельскохозяйственных целей
складывается главным образом из оценки:
- термических и частично световых ресурсов вегетационного периода и
его отдельных частей;
- ресурсов увлажнения вегетационного периода и его отдельных частей;
условий перезимовки растений;
- микроклимата;
- неблагоприятных (опасных) для сельскохозяйственного производства
гидрометеорологических явлений.
Наряду с этим при сельскохозяйственной оценке климата необходимо знать требования, предъявляемые биологическими объектами к
климату, а именно: их критические и оптимальные температуры, суммы
температур, необходимые для роста и развития, количество влаги,
обеспечивающее создание высокого урожая, и др.
Сопоставление
агроклиматических
ресурсов
и
требований
биологических объектов позволяет определить степень соответствия между
ними. Знание ресурсов необходимо и при разработке комплекса
агротехнических мероприятий, воздействующих на режим света, тепла, влаги
с целью изменения агрометеорологических факторов в благоприятную для
сельскохозяйственных объектов сторону.
При сельскохозяйственной оценке климата учитываются не только
средние многолетние значения (нормы), но и повторяемости и
обеспеченности основных факторов климата и опасных для сельского
хозяйства метеорологических явлений.
ТЕСТЫ ПО МЕТЕОРОЛОГИИ И КЛИМАТОЛОГИИ
ВОПРОС 1. Каков спектральный состав солнечного излучения?
а) ультрафиолетовая область; видимая область;
инфракрасная область .
б) видимая область; инфракрасная область.
в) ультрафиолетовая область; инфракрасная область.
ВОПРОС 2. Вычислите радиационный баланс
а) В = Q – Rк – Е эф.
б) В = Q + Rк + Е эф.
ВОПРОС 3. Каково биологическое значение различных участков
спектра, влияющее на рост и развитие растения?
а) ультрафиолетовая – не существенное;
фотосинтетически активная – не существенная;
инфракрасная – существенное
б) ультрафиолетовая - не существенное;
фотосинтетически активная – существенное;
инфракрасная – существенное.
в). ультрафиолетовая – существенное;
фотосинтетически активная – существенное;
инфракрасная – не существенное
ВОПРОС 4. Определите альбедо (%) для различных естественных
Поверхностей
а) свежий сухой снег - 80-95
загрязненный снег – 40 – 50
темные почвы – 5 – 15
сухие глинистые почвы -20 –35
сухие песчаные почвы – 25 – 45
б) свежий сухой снег - 25 – 45
загрязненный снег – 20 – 35
темные почвы – 30 – 40
сухие глинистые почвы - 5 – 15
сухие песчаные почвы – 80 – 95
в) свежий сухой снег – 5 – 15
загрязненный снег - 30 – 40
темные почвы - 80 – 95
сухие глинистые почвы - 25 – 45
сухие песчаные почвы - 40 – 50
ВОПРОС 5. Определите вертикальный градиент температуры
а) ВГТ= tн-tв
б) ВГТ =
в) ВГТ =
zв-zн
tн+tв
zв-zн
Tн+tв
·100
· 100
·100
zн+zн
ВОПРОС 6. Определите дефицит насыщения водяного пара (d)
а) разность между давлением насыщенного водяного пара при
данной температуре и фактическим парциальным давлением
водяного пара d = Е – е
в) сумма между давлением насыщенного водяного пара при
данной температуре и фактическим парциальным давлением
водяного пара d = Е + е
ВОПРОС 7. Дайте определение относительной влажности воздуха (f)
а) отношение парциального давления водяного пара к
давлению насыщенного пара при данной температуре и
давлении, выраженное в процентах f = е/Е 100
б) отношение давления насыщенного пара к к парциальному
давлению водяного пара при данной температуре и давлении,
выраженное в процентах f = Е/е 100
ВОПРОС 8. Что такое конденсация водяного пара?
а) конденсацией называют переход водяного пара в
жидкое состояние
в) конденсацией называют переход водяного пара в твердое
состояние минуя жидкую фазу
ВОПРОС 9. Определите облака нижнего яруса
а) перистые
перисто-кучевые
перисто-слоистые
б) высоко-кучевые
высоко-слоистые
перистые
в) слоистые
слоисто-кучевые
слоисто-дождевые
г) кучевые
кучево-дождевые
ВОПРОС 10.
а)
б)
d)
Определите запасы продуктивной влаги в почве,мм,
W = 0,1ph (W – K)
W = 0,1ph (W + K)
W = 0,1ph – (W – K)
ВОПРОС 11 Назовите приборы для измерения характеристик ветра
а) плювиограф П- 2
барометр – анероид
актинометр
б) анемометр ручной чашечный МС – 13
анеморумбометр М-63М
флюгер станционный ФВЛ
ВОПРОС 12 Назовите основные типы воздушных масс
а) арктические (антарктические)
умеренных широт (полярные)
тропические
экваториальные
б) антарктические
тропические
зональные
экваториальные
ВОПРОС 13
а)
б)
в)
Определите гидротермический коэффициент по Селянинову
ГТК = r – (0 1 >Σt10 C)
ГТК = r/(0,1·Σt>100С)
ГТК = r(0,1·Σt>100С)
ВОПРОС 14
Определите коэффициент увлажнения
а) КУ=r/Σd
б) КУ= r-Σd
в) КУ=r· Σd
ВОПРОС 15 Определите прогноз заморозков по формуле Михалевского
а) t min,в = t´– (t – t´) C ±А
t min п = t´ – (t – t´ ) 2C±А
б) t min в = t´ + ( t – t´ ) C±А
t min п = t´ + ( t – t´ ) 2C±А
ВОПРОС 16 Назовите основные типы заморозков
а) адвективные
радиационные
адвективно-радиационные
б) адвективные
полярные
радиационные
ВОПРОС 17. Определите основные опасные явления зимнего периода
а) вымерзание
выпревание
ледяная корка
выпирание
вымокание
гололед
б) выпревание
вымокание
гололед
ВОПРОС 18. Что относят к основным климатообразующим факторам?
а) географическая широта
б) солнечная радиация, атмосферная циркуляция, подстилающая
поверхность
в) антропогенная деятельность
ВОПРОС 19
Что такое климат?
а) это состояние атмосферы в данный период в конкретном
месте
б) это многолетний режим погоды в данной местности,
обусловленный ее географическим положением
в) это непрерывно меняющееся состояние атмосферы,
характеризуемое совокупностью значений
метеорологических величин
ВОПРОС 20
Что такое погода?
а) это состояние атмосферы в данный период
в конкретном месте
б) это многолетний режим погоды в данной местности
обусловленный ее географическим положением
в) это непрерывно меняющееся состояние атмосферы,
характеризуемое совокупностью значений
метеорологических факторов
ВОПРОС 21
Какую роль в формировании климата играет рельеф?
а) перераспределяет солнечное тепло и осадки
б) образует только зоны аккумуляции осадков
в) образует только зоны выноса осадков и вынутрипочвенного
стока
ВОПРОС 22
В какой последовательности с востока на запад
распределяются зоны климата Ставропольского края?
а) недостаточного увлажнения, избыточного увлажнения,
засушливая зона
б) очень засушливая, засушливая, недостаточного и
достаточного увлажнения
в) засушливая, очень засушливая, недостаточного
увлажнения
ВОПРОС 23
По каким показателям делают оценку условий увлажнения?
а) гидротермический коэффициент
б) коэффициент увлажнения
в) гидротермический коэффициент и коэффициент
увлажнения
ВОПРОС 24
Что такое коэффициент увлажнения?
а) отношение температуры воздуха к осадкам за
одинаковый период
б) отношение влаги выпавших осадков к испарившимся
в) отношение испарившейся влаги к сумме температур
за определенный период
ВОПРОС 25
Что такое микроклимат?
а) это климат небольшой части территории, который
формируется под влиянием рельефа, подстилающей
поверхности и других факторов
б) это климат больших территорий, охватывающих
несколько почвенно-климатических зон
в) это климат создающийся в посевах сельскохозяйственных
культур
ВОПРОС 26 Что такое фитоклимат
?
а) это климат небольшой части территории, который
формируется под влиянием рельефа, подстилающей
поверхности и других факторов
б) это климат больших территорий, охватывающих
несколько почвенно-климатических зон
в) это климат создающийся в посевах сельскохозяйственных
культур
Контрольные вопросы по «Метеорологии и климатологии» для
проведения промежуточной аттестации (зачета)
1. Температурный режим почвы. Законы Фурье.
1. Газовый состав атмосферы. Значение его составляющих для жизни на
Земле
2. Облака и их классификация.
3. Периодические изменения климата.
4. Продуктивная влага в почве и ее влияние на с/хоз. культуры.
5. Атмосферное давление воздуха и приборы для его измерения.
6. Местные ветры. Ветровые коридоры на Ставрополье.
7. Состав и строение атмосферы.
8. Снежный покров, Измерение его высоты и плотности.
9. Ветер, причины его возникновения. Характеристики ветра.
10.ФАР и ее влияние на растения.
11.Виды солнечной радиации и их характеристики.
12.Гидрометеорологическая Служба погоды в России.
13.Спектральный состав солнечной радиации.
14.Методы воздействия на температурный режим почвы.
15.Методы измерения лучистой энергии солнца. Приборы.
16.Радиационный баланс и его составляющие.
17.Виды и типы осадков. Графическое изображение осадков.
18.Влажность воздуха и ее характеристики.
19.Задачи и методы агрометеорологии.
20.Промерзание почвы. Вечная мерзлота.
21.Приборы для измерения скорости и направления ветра.
22.Типы заморозков и их характеристики.
23.Ветровая шкала Бофорта.
24.Воздушные массы и их свойства.
25.Приборы для измерения температуры почвы.
26.Погода в антициклоне. Синоптическая карта.
27.Заморозки, причина их возникновения, предсказание.
28.Агрометеорологические прогнозы урожайности сельскохозяйственных
культур.
29.Опасные гидрометеорологические явления погоды.
30. Осадки. Продукты конденсации и сублимации.
31.Засухи, суховеи. Причины их возникновения и методы борьбы.
32.Приборы для измерения атмосферного давления.
33.Суточный и годовой ход температуры воздуха.
34.Приборы для измерения осадков.
35.Атмосферные фронты. Синоптическая карта.
36.Понятие о климате и погоде.
37. Твердые осадки. Град и причины его возникновения.
38.Изменение температуры воздуха в приземном слое атмосферы.
Вертикальный градиент температуры.
39.Характеристики состояния снежного покрова.
40.Циклоны. Синоптическая карта.
41.Снежные мелиорации. Снегосъемка.
42.Зоны климата Ставропольского края.
43.Роза ветров.
44.Приборы для измерения влажности воздуха.
45.Типы воздушных масс.
46.Типы годового хода температуры воздуха.
47.Распределение осадков на земной поверхности. Типы годового хода
осадков.
48.Активное воздействие на облака.
49.Суточный и годовой ход скорости ветра.
50.Климатообразующие факторы.
51.Биологические законы земледелия и растениеводства, используемые в
агрометеорологии:
52.История развития агрометеорологии.
53.Микроклимат.
54.Местные признаки пого
55. Построить розу ветров по данным:
июнь С СВ В ЮВ В Ю ЮЗ З
2
6
32 19
8 10 14
9
СЗ
штиль
12
26
56.Перевести давление из Мб в мм рт.ст : 960мб, 720 мб..
57.Рассчитать ФАР, если суммарная радиация (Q) равна 0,25 Квт/м 2 .
58. Построить график суточного хода скорости ветра за июль:
Время
0
3
6 9 11
13
15 18
21 24
Скорость 3,6 3,5 3,3 3,7 3,8 3,8
3,9 3,8
3,6 3,6
Ветра
(м/сек)
59 . Построить розу ветров по данным:
июнь С СВ В ЮВ В Ю ЮЗ З
4
5
24 13
7 2
3
29
СЗ
20
штиль
12
60.Переветси давления из Мб (950мб, 890 мб) в мм рт.ст.
61. Построить график хода среднемесячных температур воздуха:
месяц
01 02 03 04 05 06
темпера -100 -30 70
07
08 09
10 11 12
90 140 190 210 240 170 110 10 -60
тура
62. Построить розу ветров по данным:
ноябрь С СВ В ЮВ В Ю ЮЗ З
2
5
41 21
5 6
5
12
СЗ
8
штиль
25
63.Рассчитать суммарную радиацию (Q) если рассеянная (D) равна 0,07
Квт/м 2 , а вертикальная составляющая прямой радиации (S i) равна 0,18
Квт/м 2 .
64. Построить график суточного хода скорости ветра за июль:
Время
0
3
6 9 11
13
Скорость 2,8 2,7 2,3 3,5 4,1 4,3
15 18
21 24
4,6 4,4 3,1 2,7
Ветра
(м/сек)
65. Рассчитать запас воды в снеге (Q), если средняя высота его 7 см (h), а
плотность (d) 0,20 г/см3 .
66. Построить годовой график хода месячных сумм осадков:
месяц
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
сумма
35 27 34 53 72 95 81 53 50 43 40 41
осадков
(мм)
67. Рассчитать число часов солнечного сияния по ленте гелиографа.
68.Рассчитать альбедо (Ак) свежевспаханного чернозема, если суммарная
радиация равна 840 вт/м 2 , а отраженная 84 вт/м 2 .
69. Сумма выпавших осадков 13 мм. Сколько выпало тонн воды на 1 га?
70. Рассчитать альбедо (Ак) песчаной почвы, если суммарная радиация равна
800 вт/м 2 , а отраженная 400 вт/м 2 .
71. За 1 час выпало осадков 5,5 мм. Сколько воды в тоннах выпало на 1 га
площади?
72. Рассчитать запас воды в снеге (Q), если средняя высота его 12 см (h), а
плотность (d) 0,35 г/см3 .
74. Построить розу ветров по данным:
Июнь С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З
4
5
24 13
2
3
СЗ
29 20
штиль
12
75. Построить годовой график хода месячных сумм осадков:
месяц
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
сумма
32 27 34 53 70 90 80 53 54 43 46 41
осадков
(мм)
76. Чем объяснить разность самм ФАР за май: Архангельск 264 Квт/м2 ,
Москва 272 Квт/м2 , Махачкала 330 Квт/м2.