Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа с. Горнозаводска»

1
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная
школа с. Горнозаводска»
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
РАССЕИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АТМОСФЕРЫ
Исследовательская работа
Екатерина Алексеевна Демченко
с.Горнозаводск
2013
2
Автор: Екатерина Алексеевна Демченко, ученица 7 «А»кл, МБОУ «СОШ с.Горнозаводска»
Руководитель: Ирина Юрьевна Гинкель, учитель физики муниципального бюджетного
общеобразовательного учреждения «СОШ с.Горнозаводска»
Аннотация:
Атмосфера оживляет Землю. Океаны, моря, реки, ручьи, леса, растения, животные, человек –
всё живёт в атмосфере и благодаря ей. Земля плавает в воздушном океане; его волны омывают
как вершины гор, так и их подножия; а мы живём на дне этого океана. Хорошо ли мы знаем
свойства из стихий – воздуха? Того воздуха, который нас окружает, который есть в нас самих и,
казалось бы, повсюду? Нами, людьми, и другими существами на Земле атмосфера
воспринимается как воздух, среда, без которой земная жизнь просто невозможна. В данной
работе представлены исследования метеорологического потенциала рассеивающей способности
атмосферы. Выработаны рекомендации.
3
Содержание
1.Введение…………………………………………………………………………………………...4
2.Основная часть…………………………………………………………………………………....5
2.1.Как возник и кому нужен прогноз погоды…………………………………………………….5
2.2.Синоптическая карта…………………………………………………………………………...6
2.3.Облака……………………………………………………………………………………………6
2.4.Туманы………………………………………………………………………………………..…6
2.5.Осадки…………………………………………………………………………………………...7
2.6.Атмосферный фронт…………………………………………………………………………....7
2.7.Метеорологические приборы……………………………………………………………….….7
3.Экспериментальная часть………………………………………………………………………...8
4.Заключение………………………………………………………………………………………..9
5.Список литературы………………………………………………………………………………11
6.Приложение………………………………………………………………………………………12
4
Введение
…Атмосфера оживляет Землю. Океаны, моря, реки, ручьи, леса, растения, животные, человек –
всё живёт в атмосфере и благодаря ей. Земля плавает в воздушном океане, его волны омывают
как вершины гор, так и подножия, а мы живём на дне этого океана, со всех сторон им
охваченные, насквозь им проникнутые….
К.Фламмарион
Хорошо ли мы знаем свойства одной из стихий в представлении древних греков, воздуха? Того
воздуха, который нас окружает, который есть в нас самих и, казалось бы, повсюду? Наличие и
состав атмосферы – газовой оболочки, окружающей Землю, связаны с массой планеты и её
расстоянием до Солнца, от чего зависит температура поверхности планеты и интенсивность
хаотического движения атмосферных частиц. Атмосфера имеет слоистое строение. Нами,
людьми, и другими существами на Земле атмосфера воспринимается как воздух, среда, без
которой земная жизнь просто невозможна.
Значение атмосферы
1.Защищает Землю от перегрева и сохраняет тепло;
2.Защищает от космического излучения потока атомных ядер и метеорных тел;
3.Играет огромную роль в жизни животных и растений: воздух необходим для дыхания и
является средой обитая;
4.Наибольшее значение для человека имеет нижний слой атмосферы – тропосфера. Она
распространяется от поверхности Земли до высоты 8-16 км, увеличиваясь до 16-18км при
приближении к экватору. Её граница зависит также от времён года;
5.Состав атмосферы за миллиарды лет менялся от ядовитой углекислой – нокислородной до
нынешней азотно – кислородной.
Цель работы: исследовать метеорологический потенциал.
Задачи: 1.Установить фактическое состояние атмосферы в момент наблюдений: распределение
и характер воздушных масс, расположение облачности и осадков, распределение температуры.
2.Наблюдать за погодой.
3.Рассчитать потенциал по формуле, предложенной Т.С.Селенгей.
4.Построить диаграмму.
5.Сделать выводы.
5
Основная часть
Он обладает
Ещё небесным даром предвещанья,
И трон его овеян благодатью.
В.Шекспир
Как возник и кому нужен прогноз погоды?
«Небесным даром предвещанья» называют один из персонажей великого драматурга
способность своего отца, короля шотландского, узнавать будущее. В моей работе речь пойдёт о
«предвещании небесных даров», о предсказании поведения воздушного, т.е. о прогнозе погоды.
О том столь необходимом прогнозе, за который специалисты-синоптики, увы, не «овеяны
благодатью».
Одними из первых известных синоптиков были китайские императоры. Они считались сынами
неба, им должно быть известно, что твориться на небесной кухне. Предсказания погоды
оглашались от имени императора. В Англии, например, существовал закон, который
предусматривал смертную казнь для автора неверного прогноза погоды. Научные подходы к
прогнозу погоды возникли только в XIXвеке. Первые синоптические карты были созданы в
1820г. метеорологом В.Брандесом. Разработку методики оповещений связывают с именем
английского вице-адмирала Р.Фицроя. С 1861 г.синоптические карты составляли на основе
данных, поступивших с 11 метеостанций , передавались в 100пунктов, расположенных на
побережье Англии. Особенно их ждали моряки и рыбаки. В середине XIXвека на нашей
планете заработал телеграф. Стало возможным быстро обмениваться информацией о погоде в
разных районах Земли, прослеживать её изменения и предсказывать погоду на ближайшее
время. Возникает синоптическая (обзорная) метеорология, которую называли
«метеорологической телеграфией».
Сейчас задумываемся: для чего же нужен прогноз погоды?
Прогноз погоды важен для сельского хозяйства, зная его на ближайшие дни, даже часы, можно
принять меры против заморозков, интенсивных осадков, града. В надёжных сообщениях о
погоде нуждается авиация, что обеспечивает безопасность полётов. Предупреждение о
штормах необходимы флоту. В крупных городах часто возникает вредное атмосферное
явление - смог, когда в приземном слое воздуха накапливаются ядовитые вещества. Чаще
всего это связано с изменением температуры, влажности, силы и направления ветра,
интенсивности солнечного излучения. Знание прогноза состояния воздушного океана нужно,
чтобы запустить в нужное время космический корабль. Метеорологические данные нужны
строителям, транспортникам, мелиораторам, работника водоснабжения и лесосплава.
Один из метеорологических центров мирового значения – гидрометеорологический центр
находится в Москве. Такие мировые центры расположены ещё в Вашингтоне и Меьбурне.
Кроме них, по программе Всемирной службы погоды работают региональные и национальные
метеорологические центры.
Всемирная служба погоды состоит их трёх связанных между собой систем: глобальной системы
наблюдений, глобальной системы телесвязи и глобальной системы обработки данных. Главная
сеть телесвязи включает 21 магистраль. Её обслуживают 16 региональных узлов связи в 149
национальных центрах, и эта система ежедневно передаёт 15 млн. бит буквенно-цифровых
данных со скоростью 9600 бит/с, а также 2000 карт погоды. Такой объём информации
обрабатывают с помощью ЭВМ. Все сведения о погоде передают с помощью международных
6
согласованных цифровых кодов, ЭВМ их сортирует, проводит контроль правильных данных и с
помощью графопостроителей заносит цифры и условные знаки на синоптические карты.
Синоптическая карта.
В 1887г лингвист Л.Заменгоф предложил международный язык эсперанто, который не получил
распространения. А «метеорологическим эсперанто», состоящим почти из 200 специальных
знаков, успешно пользуются метеорологи всех стран. С их помощью все данные с
метеостанций наносятся на синоптические карты, которые часто называют картами погоды.
Погодой называют физическое состояние атмосферы в данный момент времени у земной
поверхности и в нижних слоях толщиной 30-40км. Климат-это присущая данной местности
совокупность атмосферных условий за многолетний период. Синоптические карты, на которые
наносят данные тысяч станций, охватывают весь земной шар. Профессия синоптика – одна из
сложных, задача метеоролога состоит в том, чтобы предсказать события в воздушном океане
(дождь, ветер, туман, иней, заморозки).
Облака.
Облака бывают: кучевые, перистые, дождевые, миллиарды крошечных капелек воды или
кристалликов льда. Международная классификация облаков содержит около 80 типов
облачности. Облака имеют латинские названия, например, Strtlus- слоистые, Cumulusкучевые, Cirrus- перистые. С высотой воздух начинает охлаждаться вследствие расширения.
Если охлаждение происходит непрерывно и количества водяного пара достаточно для того,
чтобы он стал насыщенным, - появляются капельки воды. Образуется облако, капельки из его
вершины медленно выпадает вниз, где начинают испаряться. Так в облаке идёт непрерывный
процесс образования и испарения капелек воды. Иногда облака образуются, когда
сталкиваются две массы воздуха – холодная и нагретая. Они перемешиваются, и тёплый воздух
охлаждается, точка росы снижается на 0,17 °С на каждые 100м. Давление в поднимающемся
воздухе падает, соответственно понижается концентрация водяного пара. В точке росы
начинается конденсация.
Переохлаждённые облака интересны тем, что могут одновременно содержать
переохлаждённую воду, лёд и водяной пар. Начинается процесс сублимации – ледяные
кристаллики служат ядрами конденсации для водяного пара. Образуется снегообразное
вещество, падающее вниз. А в нижних слоях атмосферы, встретив тёплый воздух. Снег
превращается в дождь.
Туман.
Приземный воздух быстро охладился путём теплообмена с подстилающей поверхностью.
Лёгкий ветер привёл к распространению конденсации на более высокий приземный слой
атмосферы. Возник радиационный туман. Он бывает чаще всего осенью и зимой, при высокой
относительной влажности и большой продолжительности ночи. Сравнительно тёплый воздух
движется над более холодной сушей или водоёмом. Происходит его быстрое охлаждение,
водяной пар конденсируется, возникает адвективный туман. Такой туман появляется на
побережьем или в покрытых снегом районах, включающих в себя бесснежные участки.
Фронтальные туманы возникают при соприкосновении двух воздушных масс с различными
свойствами. Чаще всего такой туман наблюдается перед тёплым фронтом, он может быть
весьма продолжительным, обычно сопутствует выпадение осадков. Именно из-за этих туманов
отменяются авиа полёты, именно они являются причиной столкновения на море кораблей.
Осадки.
7
Атмосферные осадки разнообразны: дождь, снег, иней, град, морось. Диаметр дождевых
капель 0,05-0,6см. Когда тёплая масса располагается выше слоя с отрицательно температурой,
может возникнуть ледяной дождь (снег). Медленно падающие капли размером меньше 0,05см –
это морось. Градины выпадают из кучево-дождевых облаков, проходя в облаке через
переохлаждённые капли, при этом лёд обрастает новыми слоями. Градины в некоторых случаях
достигают размеров десятков сантиметров.
Атмосферный фронт.
Масса воздуха, формируясь обычно над крупными водоёмами или обширными пространствами
однородной суши, приобретает характерные «местные » свойства и, перемещаясь в другой
район, непременно меняет погоду. Встреча двух различных воздушных масс вызывает ряд
процессов в воздушном океане. Среди них развитие волнового циклона. При встрече двух масс
воздуха возникает граница раздела, точнее, образуется пограничная область, атмосферный
фронт. Линия фронта может иметь длину тысячи километров. Существуют виды
атмосферного фронта: тёплый фронт, холодный фронт, стационарный фронт, фронт иллюзий.
Образование атмосферных фронтов является главной причиной быстрых изменений погоды в
различных районах Земли. Основной причиной ветра в стратосфере является поглощение
солнечного излучения озоном и нагревание воздуха. Ураганы – это движение воздушных масс
с огромной скоростью, вызывающее катастрофические разрушения и приводящее к массовой
гибели людей и животных. Более точно среднюю скорость ветра можно определить при
помощи анемометра. Прибор состоит из вращающейся крыльчатки, ось которой при вращении
приводит в действие зубчатый механизм, подсчитывающий число оборотов крыльчатки за
определённое время. Зная число оборотов можно рассчитать скорость ветра. При помощи
анемометра изучить распределение ветров по высоте. Основное занятие метеорологов –
наблюдение за погодой на специальных метеорологических станциях.
Метеорологические приборы.
Метеорологическая станция – учреждение, в котором круглосуточно проводятся регулярные
наблюдения за состоянием атмосферы и атмосферными процессами, в том числе
отслеживаются изменения температуры, давления, влажности воздуха, скорости и
направлении ветра, облачности и осадков. На станции имеется метеорологическая площадка,
где расположены основные метеорологические приборы, и закрытое помещение для обработки
наблюдений. Метеорологические станции страны, регионов, районов составляют
метеорологическую сеть.
Давление воздуха измеряют с помощью барометра-анероида. Основная деталь анероида –
круглая жестяная коробочка с рифлёными крышками, из которой выкачан воздух. При
увеличении атмосферного давления воздуха крышки прогибаются внутрь, при уменьшении –
распрямляются. Движения крышек через систему рычажков передаются стрелке.
Барограф вычерчивает кривую изменения давления воздуха. Стрелка с крохотной
чернильницей на кончике отклоняется вверх или вниз в соответствии с изменением
суммарного прогиба крышек стопки коробочек.
Для определения скорости ветра существует множество приборов самых разных конструкций.
Суть большинства их сводится к одному: ветер крутит вертушку, а счётчик оборотов измеряет
скорость вращения. Такие приборы называют анемометрами.
Термометром измеряют температуру воздуха.
Относительную влажность измеряют с помощью психрометра, состоящего из двух
термометров, шарик одного обернули влажной тканью. Измеряют температуру влажного и
8
сухого термометра, затем по психрометрической таблице определяют относительную
влажность воздуха.
Экспериментальная часть.

На первом этапе работы изучила теорию, которая затрагивает многие вопросы о
метеорологии:
1.Слои атмосферы, виды облаков, осадки;
2.Метеорологические приборы.
 На втором этапе работы проводила наблюдения за погодой:
1.Измеряла температуру воздуха;
2.Рассматривала облака, определяла, к какому типу они относятся;
3.Определяла примерную скорость и направление ветра с помощью флюгера;
4.Следила за выпадением осадков.
 Данные наблюдений заносила в таблицу №1.
 На третьем этапе использовала источник: Сухова, М.Г. Климаты ландшафтов /М.Г.
Сухова, В.И. Русанов. -Новосибирск. Издательство СОР АН -2004г./ для расчета
метеорологического потенциала рассевающей способности атмосферы в своей работе
использовала показатель, предложенный Т.С. Селенгей. Вычисления проводила по
формуле:
Рш
+
Рт
Км =…………………….
Ро
+
Рв
Рш –повторяемость скорости ветра 0-1м/с
Рт – повторяемость дней с туманом
Рш - повторяемость дней с осадками больше 0,5мм
Рт – повторяемость скорости ветра больше 6м/с
 На четвёртом этапе использовала значения метеорологического потенциала
рассеивающей способности атмосферы для построения графика. Единица означает
разделение благоприятных условий для рассеивания атмосферы и неблагоприятных
условий для самоочищения атмосферы.
9
Заключение.
В ходе работы я узнала, что…..
 воздух и есть смесь газов, которые присутствуют в земной атмосфере;
 существует определённая связь между массой планеты, температурой поверхности и
составом её атмосферы;
 земное притяжение удерживает воздушную оболочку настолько сильно, что атмосфера
вращается с «твёрдой» Землёй;
 атмосфера не только защищает жизнь на Земле от губительных солнечных и
космических лучей, твёрдых космических тел, но и предохраняет поверхность от
сильного нагревания и сильного переохлаждения, не будь атмосферы, освещённая
сторона Земли нагрелась бы выше 100ºС, а неосвещённая (ночная) сторона охладилась
бы до -100ºС;
 атмосфера имеет слоистое строение, основные слои – тропосфера, стратосфера,
мезосфера, ионосфера; они отличаются по физическим и химическим свойствам; чёткой
границы между атмосферными слоями не существует;
 атмосфера Земли постепенно улетучивается, но опасаться нечего: воздуха хватит на
многие миллиарды лет;
 в природе наблюдается круговорот воды;
 почти весь водяной пар находится в нижнем, самом плотном слое атмосферы
тропосфере;
 в воздухе рассеяны частички соли, сильные порывы ветра подхватывают брызги морских
волн, в которых содержится морская соль;
 среди примесей – пыли, сажи, микроорганизмов, пыльцы, солей – в воздухе могут
присутствовать продукты жизнедеятельности человека;
 воздух в жилых и рабочих помещениях должен быть чистым, без резких перепадов
температуры;
 прозрачность воздуха зависит от содержания, как твёрдых примесей, так и водяного
пара;
 в результате воздействия солнечного света на загрязнённый воздух над посёлком
возможно образование смога.
В заключение моей работы были выработаны рекомендации:
 во время смога не следует проветривать помещения, не выходить на улицу на
длительное время особенно людям, страдающим сердечно – сосудистыми
заболеваниями;
10
 при сильном загрязнении воздуха нужно пользоваться марлевыми повязками;
 при повышенной важности воздуха ограниченное время следует находиться людям,
страдающим бронхиальной астмой;
 в зимнее время нельзя допускать переохлаждения организма.
Наблюдения начала проводить осенью. Золотая осень хороша собой. Затем наступает зимушка
– зима. Не зря поэты, воспевая природу, отдавали предпочтение зиме.
Сознаётся поэт любой:
Зима-источник вдохновенья!
Ведь сколько красоты земной,
Происходит каждое мгновенье!
В дневнике можно сделать примерно такие записи: первый снег, мир из серебра, иней, речка
подо льдом, снег пушистый, седая мгла, узоры на стёклах, иней сверкает. Все времена года посвоему хороши.
Свою работу планирую продолжать для того, чтобы рассчитать метеорологический потенциал
рассеивающей способности атмосферы четырёх времён года и сравнить между собой,
отследить благоприятные условия для рассеивания (Км ˃1 ) и неблагоприятные условия (Км ˂1)
для самоочищения атмосферы.
11
Литература.
1.Блудов, М.И. Беседы по физике / М.И.Блудов. – М.: Просвещение,1999.-188с.
2.Бочкарёв,Н.Ф. Экология России / Н.Ф.Бочкарёв. Калуга,1998.-213с.
3.Герасимова, Т.Л. Физическая география.: учебник для общеобразовательных учреждений /
Т.Л.Герасимова. – М.: Просвещение, 2002. -189с
4.Иванова,Ю.А. Эти кислотные дожди, радуга и тучи / Ю.А.Иванова – М.: Детский
экологический центр,2005.-560с.
5.Максаковский,В.П. Географическая карта мира / В.П.Максаковский. – Ярославский, 2000. –
145с.
6.Новиков Ю.В. Природа и человек /Ю.В.Новиков – М.:Просвещение,2005 – 178с.
12
Приложение
13
Пример заполнения таблицы № 1.
Месяц
Число
Температура
Ветер, дождь, снег, туман
Декабрь
1
-15
Морозно, ясно
2
-15
Морозно, ясно
3
-20
Морозно, ясно
4
-20
Морозно, ясно
5
-18
Морозно, ясно, снег
6
-21
Морозно, ясно, снег
7
-20
Морозно, ясно, снег
8
-22
Морозно, ясно
9
-21
Морозно, ясно
10
-23
Морозно, ясно, ветер
11
-20
Морозно, ясно, ветер
12
-21
Морозно, ясно
13
-22
Морозно, ясно
14
-22
Морозно, ясно
15
-21
Морозно, ясно
16
-18
Морозно, ясно, ветер
17
-23
Морозно, ясно
18
-22
Морозно, облачно
19
-22
Морозно, пасмурно
20
-23
Морозно, буран, снег
21
-23
Морозно, буран, снег
22
-20
Морозно, ясно
23
-20
Морозно, ясно
24
-19
Морозно, ясно, снег
25
-21
Морозно, буран
14
Январь
26
-22
Морозно, буран
27
-22
Морозно, пасмурно
28
-23
Морозно, ясно
29
-20
Морозно, ясно
30
-20
Морозно, ясно
31
-21
Морозно, ясно
1
-15
Морозно, ясно
2
-15
Морозно, ясно
3
-20
Морозно, ясно
4
-20
Морозно, ясно
5
-18
Морозно, ясно, снег
6
-21
Морозно, ясно, снег
7
-20
Морозно, ясно, снег
8
-22
Морозно, ясно
9
-21
Морозно, ясно
10
-23
Морозно, ясно, ветер
11
-20
Морозно, ясно, ветер
12
-21
Морозно, ясно
13
-22
Морозно, ясно
14
-22
Морозно, ясно
15
-21
Морозно, ясно
16
-18
Морозно, ясно, ветер
17
-23
Морозно, ясно
18
-22
Морозно, облачно
19
-22
Морозно, пасмурно
20
-23
Морозно, буран, снег
21
-23
Морозно, буран, снег
15
Февраль
22
-20
Морозно, ясно
23
-20
Морозно, ясно
24
-19
Морозно, ясно, снег
25
-21
Морозно, буран
26
-22
Морозно, буран
27
-22
Морозно, пасмурно
28
-23
Морозно, ясно
29
-20
Морозно, ясно
30
-20
Морозно, ясно
1
-15
Морозно, ясно
2
-15
Морозно, ясно
3
-20
Морозно, ясно
4
-20
Морозно, ясно
5
-18
Морозно, ясно, снег
6
-21
Морозно, ясно, снег
7
-20
Морозно, ясно, снег
8
-22
Морозно, ясно
9
-21
Морозно, ясно
10
-23
Морозно, ясно, ветер
11
-20
Морозно, ясно, ветер
12
-21
Морозно, ясно
13
-22
Морозно, ясно
14
-22
Морозно, ясно
15
-21
Морозно, ясно
16
-18
Морозно, ясно, ветер
17
-23
Морозно, ясно
18
-22
Морозно, облачно
16
19
-22
Морозно, пасмурно
20
-23
Морозно, буран, снег
21
-23
Морозно, буран, снег
22
-20
Морозно, ясно
23
-20
Морозно, ясно
24
-19
Морозно, ясно, снег
25
-21
Морозно, буран
26
-22
Морозно, буран
27
-22
Морозно, пасмурно
1
-15
Морозно, ясно
2
-15
Морозно, ясно
3
-20
Морозно, ясно
4
-20
Морозно, ясно
5
-18
Морозно, ясно, снег
6
-21
Морозно, ясно, снег
7
-20
Морозно, ясно, снег
8
-22
Морозно, ясно
9
-21
Морозно, ясно
10
-23
Морозно, ясно, ветер
11
-20
Морозно, ясно, ветер
12
-21
Морозно, ясно
13
-22
Морозно, ясно
14
-22
Морозно, ясно
15
-21
Морозно, ясно
16
-18
Морозно, ясно, ветер
17
-23
Морозно, ясно
28
Март
17
18
-22
Морозно, облачно
19
-22
Морозно, пасмурно
20
-23
Морозно, буран, снег
21
-23
Морозно, буран, снег
22
-7
Морозно, ясно, снег
23
+6
Ясно, северный ветер
24
+5
Ясно, северный ветер
25
+3
Ясно, безветренно
26
+5
Ясно, безветренно
27
+4
Ясно, безветренно
28
+2
Ясно, северный ветер
29
+6
Ясно, безветренно
30
+7
Ясно, безветренно
31
+5
Ясно, северный ветер
Пример расчёта метеорологического потенциала рассеивающей способности атмосферы для
самоочищения:
Октябрь Км =(24+1): (13+7)=1,25
Ноябрь Км= (26+1): (4+4)=3,35
Декабрь Км=(20+0): (4+11)=1,33
Пример заполнения таблицы № 2
№ п/п
Месяц
Метеорологический потенциал
1
Сентябрь
1,1
2
Октябрь
1,25
3
Ноябрь
3,35
4
Декабрь
1,33
5
Январь
1,36
18
6
Февраль
1,38
7
Март
1,4
8
Апрель
9
Май
10
Июнь
11
Июль
12
Август
График по данным таблицы №2
Км
….3
Благоприятные условия для
самоочищения атмосферы
…1…………………………………………………………………………….
Неблагоприятные условия для
самоочищения атмосферы
…0
Сентябрь октябрь ноябрь декабрь январь февраль март апрель……………(месяц)