Тема 2 (4 год.)

План

Тема 1 (4 год.).

Серпня 2010 року

Вступ. Основні поняття і методи метеорології

1. Предмет вивчення курсу «метеорологія».

2. Історія розвитку метеорологічний досліджень в світі та Україні.

1. Предмет вивчення курсу «метеорологія».

Метеорологія - це комплексна наука про Землю, що фізико-математичними методами вивчає атмосферні явища та процеси в нижній атмосфері (метеорологія) та умови формування при цьому погоди і клімату Землі (кліматологія).

"Гідрометеоцентр повідомляє" - ці слова ми звикли чути по радіо, телевізору і читати на сторінках газет. Але мало хто замислюється, що за коротким повідомленням стоїть праця багатьох тисяч людей, професія яких метеоролог.

Що ж таке метеорологія?

Метеорологія (від грец. метеор - небесні явища і логос - наука) - це наука про атмосферу - про її будову, властивості та фізичні процеси, що в ній протікають. Це одна з геофізичних наук. Метеорологія - багатогалузева наука. Кожна її дисципліна своєрідна і спеціалізується на вивченні певних питань. Так, фахівці з кліматології - важливої галузі метеорології вивчають клімати земної кулі (загальна кліматологія), встановлюють причини й особливості їх формування, можливі зміни (генетична кліматологія), вплив рельєфу, водойм, міст, лісів на клімат (мікрокліматологія).

Розділ метеорології - фізика атмосфери - вивчає фізичний механізм метеорологічних явищ і процесів. Фахівці досліджують процеси конденсації водяної пари, утворення хмар, висхідні та низхідні рухи повітря, механізм утворення опадів, туманів тощо. Фізичні процеси у приземному шарі повітря, зокрема теплообмін між підстилаючою поверхнею та атмосферою, тепловий режим, розвиток турбулентних та вертикальних рухів, випаровування і конденсація - питання фізики приземного шару повітря. Предметом вивчення актинометрії є сонячне, земне, атмосферне випромінювання (радіація). Спеціалісти вимірюють пряму розсіяну радіацію, ефективне випромінювання, альбедо - складові радіаційного балансу, розглядають розподіл сонячної радіації по земній кулі.

Спеціалісти з метеорологічної оптики вивчають вплив щільності і прозорості різних шарів повітря на проникання променів світла. Адже відомо, що від розсіювання, поглинання, заломлення, рефракції та дифракції світла залежать колір неба, мерехтіння зірок, явище присмерків, райдуга, гало, несправжні сонця, міражі та інші незвичайні оптичні явища. Акустична метеорологія вивчає інтенсивність поширення звуків в атмосфері залежно від її щільності, досліджує відбиття звукових хвиль, без чого неможливим був би радіозв'язок на великі відстані.

Електричне поле атмосфери, явища іонізації та електропровідності повітря, електричні заряди хмар та опадів, струм і розряди в атмосфері досліджують метеорологи, фахом яких є атмосферна електрика.

Найпоширеніші такі засоби, як піднімання метеорологічних приладів у повітря за допомогою повітряних зміїв, радіозондів, куль-пілотів, літаків, метеорологічних ракет займаються фахівці з аерології. З нових засобів аерологічних спостережень застосовуються радіолокаційні та лазерні.

В окрему галузь виділилась космічна метеорологія, яка виникла невдовзі після перших запусків штучних метеорологічних супутників землі і займається спостереженням зі станом хмарності, льодовиків, температурою на верхній межі хмар. Динамічна метеорологія вивчає атмосферні рухи й пов'язані з ними перетворення енергії, розв'язують рівняння термодинаміки та гідромеханіки. Основне практичне завдання - розробити методи числового прогнозу погоди. Великим розділом метеорології є синоптична, в тому числі авіаційна, метеорологія. Синоптики займаються складанням прогнозів погоди на строки від кількох годин до кількох місяців (сезон). Нині метеорологи-науковці працюють над розробкою методів наддовгострокових прогнозів погоди - на один - два роки.

Дисципліною метеорології є контроль за станом забруднення атмосфери. Виділяються ще прикладні метеорологічні науки. Вони досліджують залежність господарської діяльності людини від умов погоди. Це агрометеорологія, що вивчає взаємозв'язок між фізичними і хімічними процесами в атмосфері та живими істотами - тваринами, рослинами.

Предметом вивчання медичної метеорології є вплив атмосферних процесів на розвиток певних захворювань, залежність хронічних та епідемічних хвороб від погодних умов, а також можливості й наслідки клімату тощо.

Від метеорології уже в наш час відокремилась аерономія, як учення про фізичні та хімічні процеси у верхніх шарах атмосфери, починаючи з мезосфери.

До складу метеорології органічно входить аерологія - учення про методи дослідження вільної атмосфери до висот 20 - 25 км (зона польотів цивільної авіації).

Великий розділ метеорології, присвячений клімату, виділився в більш-менш самостійну дисципліну - кліматологію, яка відноситься по своїй суті до географічних наук.

Термін "кліматологія" застосовувався в стародавності, ще до Аристотеля, якому належить трактат під цією назвою про атмосферні явища і називався він "Метеорологіка". Це була робота про метеори - дощ, сніг, град, вітер, блискавки, веселки тощо.

2. Історіярозвитку метеорологічний досліджень в світі та Україні.

Перші записи про погоду, що дійшли до нас, велись ще за 3000 років до нашої ери. У руських літописах повідомлення про погоду з'являються о другій половині IX століття. В "Повісті минулих літ", наприклад, сповіщалось, що 867 рік у Києві був голодний, а в 1092 р. земля вигоріла і багато лісів і боліт займалися самі по собі.

Метеорологічні спостереження у Харкові почались ще у 1738 році, але невдовзі були припинені. В окремі роки велись спостереження над кількістю днів з опадами (1838р.), над температурою повітря (1848 р.), кількістю опадів (1849 р.) тощо. Спостереження за цими показниками велись до 1893 р. Спочатку ці спостереження велись при фізичному кабінеті Харківського університету, а з 1840 р. у місті вже працювало декілька дощомірних постів.

Розвиток метеорологічних спостережень у Харкові невід'ємно пов'язаний з іменем В.Н. Каразіна - засновника Харківського університету. В 1810 р. в с. Кручик (50 км на північний захід від Харкова) він заснував метеорологічну станцію і склав програму спостережень за температурою, тиском, опадами, напрямом вітру, визначенням загального стану погоди. Ця станція працювала до 1840 р.

В.Н. Каразіну належать багато наукових відкриттів і винаходів (штучне алмазотворення, система центрального парового опалення, консерви і багато ін.), серед яких був і "електроатмосферний снаряд" для використання атмосферної електрики. Каразін звернув увагу на існування турбулентних рухів у атмосфері. Своєрідним узагальненням багаторічних теоретичних і практичних розробок В.Н. Каразіна в області метеорології була його стаття "Известия о предвестниках погоды" (1839 р.). У цій роботі вперше було відмічено основні ознаки наближення атмосферного фронту.

Ідеї В.Н. Каразіна отримали подальший розвиток у працях видатних учених кліматологів Харківського університету В.І. Лапшина, Ю.І. Морозова, М.Д. Пильчикова, Д.К. Педаєва та ін.

Поштовхом до наукових узагальнень стала загибель англо-французького флоту в листопаді 1854 р. біля Балаклави під час Кримської війни. Наполеон III звернувся до відомого астронома, президента Паризької Академії наук У. Левер'є з проханням пояснити причину балаклавського шторму й можливість його завбачення.

Левер'є склав першу в світі синоптичну карту, користуючись даними 29 відомих йому метеорологічних станцій, і зробив висновок про те, що шторм можна було завбачити. Балаклавська буря дала поштовх розвиткові мережі метеорологічних станцій і синоптичної метеорології.

Одним з найстаріших гідрометеорологічних наукових закладів є геофізична обсерваторія у Петербурзі, яка заснована у 1849 р., щоб очолити метеорологічні та геомагнітні спостереження. Вона з 1856 р. почала надсилати в Париж відомості про погоду за спостереженнями 13 російських метеорологічних станцій, а звідти одержувати телеграми про погоду в Парижі, Ліоні, Мадриді, Лісабоні й Флоренції. З 1872 р. в Росії почали випускати бюлетень погоди "Летописи Главной физической обсерватории".

В Англії організацією служби погоди займався голова Метеорологічного департаменту Бюро торгівлі вчений Р. Фіцрой.

Левер'є і Фіцрой справедливо вважали, що для практичного використання потрібні прогнози, а не інформація про погоду. Нині погоду прогнозують майже в усіх країнах світу. Для цього за допомогою законів фізики та гідродинаміки вивчають фізичні процеси в атмосфері. Прогнози погоди складають на різні строки. Так в авіації потрібні прогнози на час польоту літаків та в пунктах їх посадки. Складаючи такий прогноз, враховують силу вітру, видимість, хмарність, можливість грози, обледеніння, смерчу. Особливого вивчення потребують часті тумани в Україні взимку.

Засновником агрометеорології вважають П. І. Броунова, бо сам він уперше застосував метод паралельних спостережень за рослинами й погодою. Цей метод полягає у визначенні оптимальної кількості світла, тепла й води, потрібних рослинам для нормального розвитку в різних фазах росту. В агрометеорології користуються також методом "частих строків висівання". Він полягає в тому, що кожні 5-10 діб у певному районі висівають якусь сільськогосподарську культуру й таким чином дістають інформацію про вплив різних умов погоди та строків висівання та розвиток рослин і врожайність. Існує ще метод "географічних посівів", коли найсприятливіші кліматичні умови для певної сільськогосподарської культури визначають порівнянням особливостей її вирощування у різних районах.

Щоб вивчити, як рослини реагують на погодні умови, останнім часом агрометеорологи користуються камерами штучного клімату (кліматотронами), в яких створюють різні режими температури, вологості повітря, ґрунту, а також освітленості й вибирають оптимальні умови для росту і плодоносіння рослин.

Несприятливих для сільського господарства погодних явищ багато. Це вітер. Адже він посилює випаровування і сприяє ерозії ґрунтів. Під впливом великого вітру в зонах недостатнього зволоження на розораних ланах виникають пилові бурі. У 1960 р. така буря тривала 2 тижні і охопила територію від Молдови до Туркменії. У деяких селах Запоріжжя та Херсонщини будинки були занесені до самого даху. Охопили вони схід України і в лютому 1969 р.

Крім пилових бур у природі бувають суховії та засухи. Холодне арктичне повітря має низьку вологість. Восени і влітку при переміщенні на південь воно розігрівається. Чим вище його температура, тем більше треба вологи для його насичення. Цю вологу повітря збирає з ланів, і як наслідок - суховії та посухи. Великої шкоди завдають сільськогосподарським культурам заморозки. Від них особливо страждають плодові дерева, квасоля, рис, бавовник, гречка. Нерідко після тривалої теплої погоди навесні знову йде сніг або вночі й уранці бувають заморозки. Таке було в Україні в 1999 р.

Серед літа під час грози іноді випадає град. Особливо сильно він пошкоджує виноградники, сади й баштанні культури. На протязі 15 хвилин була стихія у Семенівському районі Полтавської обл. 9 червня 1999 року. В окремих місцевостях розмір градин був завбільшки з куряче яйце. Знищено 22 га ячменю, 60 га гороху, 85 га озимини, 104 гаоднолітніх трав.

Щоб передбачити й знешкоджувати ці явища, агрометеорологи повинні проводити велику науково обґрунтовану і профілактичну дослідницьку роботу. Це передусім таку:

а) спостереження за рослинами і тваринами в різних погодних умовах;

б) завбачення можливих змін у стані рослин і тварин у зв'язку з очікуваною погодою;

в) боротьба з несприятливими погодними явищами.

Для цього лише на території України діє 9 аерологічних станцій і ще більше постів спостереження за вітром та висотою хмар нижніх шарів атмосфери.

Великий вклад у розвиток аерології вніс М.В. Ломоносов. Він створив анемометр - прилад для вимірювання швидкості вітру, морський повітряний барометр і машину - гелікоптер для піднімання метеорологічних приладів на потрібну висоту. Учений склав схему виникнення грози і довів, що її спричиняють висхідні рухи повітря.

Для проведення точних спостережень у вільній атмосфері не було підйомних апаратів. З часом ними стали вдосконалені повітряні змії, які використовували обсерваторії Блу-Хілла (США) з 1894 р. і Павловська (під Петербургом) з 1897 р.

Справжні дослідження вільної атмосфери почалися з винаходом аеростатів. Разом з приладами в повітря піднялися вчені. Проте підйоми на аеростатах не були регулярними.

Значним кроком у дальшому розкритті таємниць атмосфери стало використання куль-зондів без людини на борту. Спочатку їх виготовляли з паперу, а потім з каучуку. Восени 1893 року на висоті 12-13 км було зареєстровано значно вищу температуру повітря, ніж на висоті 8-10 км. Так було відкрито стратосферу.

На початку XX ст. атмосферу стали вивчати з літаків. У 1930 р. радянський вчений проф. П.О. Молчанов сконструював перший у світі радіозонд. Сучасні літаки-лабораторії підіймаються до 5-8 км. Радіозонди "повідомляють" про стан атмосфери до висоти 20-30 км. Надзвукові літаки й космічні прилади підіймаються на висоту 30-300 км. Метеорологічні супутники Землі вивчають стан атмосфери на висоті 300-1500 км. Останнім часом складні атмосферні процеси почали досліджувати за допомогою лазерів (лідарів).

Найголовніше завдання метеорологічних супутників - спостереження за хмарністю над великими океанічними просторами, а це понад 0,7 поверхні Землі. Метеорологічних станцій тут мало. Вони є лише на окремих островах або на кораблях погоди. Проте океан значною мірою впливає на погоду. Його вологою насичуються повітряні маси. Поволі нагріваючись улітку, океан акумулює тепло в своїх водах і потрохи віддає його взимку.

Зимові океанічні повітряні маси несуть тепло й опади, а літні - дощі і прохолоду. Над океаном зароджуються циклони, які спричинюють різкі зміни погоди на суходолі. Нерідко супутник першим помічає зародження тайфунів. Це невеликий циклон зі значними контрастами температурами в його системі. Він супроводиться зливою і штормовим вітром.

Після виходу в світ у 40-х роках минулого століття книжки американського письменника Д.Р. Стюарта "Шторм", один з головних персонажів якої (метеоролог за фахом) стежив за рухом штормів і давав їм імена знайомих жінок, тайфуни стали називати жіночими іменами. Лише останнім часом їм почали присвоювати і чоловічі імена.

Метеорологи давно шукають шляхи, щоб замінити якісні методи прогнозування погоди об'єктивними, числовими методами. Ідея математичних розрахунків окремих метеорологічних елементів виникла ще в 20 - х р. XX ст. і належить англійському вченому П. Річардсону. Але система виявилася такою громіздкою, що на її розв'язування потрібен був цілий місяць.

У 40-х р. більш досконалу систему, яка ґрунтується на законах гідродинаміки, запропонував радянський вчений І.О. Кібель. Та практично користуватися нею стали лише після створення потужних електронно-обчислювальних машин (ЕОМ).

Учений Борис Помпейович Мультановський спільно зі своїми учнями розробив методи прогнозів на 5-7 діб та місяць наперед. Тут треба враховувати все: зміни полів тиску, вологості, температури повітря, горизонтальні й вертикальні швидкості повітряних течій і їх можливі зміни в часі, приплив сонячної радіації, хмарність, а також режим погоди на території всієї північної півкулі.

Перші спроби прогнозування забрудненості атмосфери залежно від погоди зроблено в 1975 р. у Києві. Тепер їх складають щодня на наступну добу у Києві, Ростові-на-Дону, Дніпропетровську, Донецьку та інших містах. Близько 85% прогнозів стверджуються. Чи можливо змінити клімат? Ще легіонери Олександра Македонського були здивовані, побачивши, як таджики посипають сніг золою, щоб він скоріше танув. Такий спосіб зменшення льодовитості Арктики був запропонований у 20 столітті.

У різні часи і в різних країнах висували проекти щодо поліпшення природних умов в окремих районах Землі і навіть на всій планеті. Автори деяких з них прагнули "виправити" клімат насамперед за допомогою морських течій.

До сенату США в 1912 р. було подано на розгляд проект побудови греблі, яка повернула б теплі води Гольфстріму до берегів Америки. Тоді Північна Європа вкрилася б кригою.

Вносилися пропозиції перекрити греблею Карські ворота, Берингову протоку, спрямити течію Куросіо. Але поліпшення клімату в одних районах призвело б до його погіршення в інших.

В метеорології робляться спроби впливати на хмари - прискорювати процес утворення опадів (штучний дощ) або уповільнювати його (боротьба з градом), розвивати чи розсіювати хмари, тумани. Цим займається експериментальна метеорологія. Серед методів впливу на тумани, що виникають при від'ємних температурах повітря, широко користуються методом засівання туману з літака твердою вуглекислотою ("сухий лід"). Через кілька хвилин з'являється смуга прояснення.

Навесні 1961 р. астрономи з'їхалися в Крим для спостереження затемнення Сонця, бо саме тут воно було повним. Але з самого ранку небо над півостровом затяглося хмарами. Літаючі метеорологічні лабораторії розсіяли хмари, і об'єкт спостереження (Сонце) став доступним.

Щоб не допустити утворення великих градин, треба штучно збільшити в хмарі кількість льодяних кристалів - крупинок. Тоді краплинки води рівномірно "розмістяться" на великій кількості кристалів і великих градин не буде. Щоб доставити ці кристали у хмару заввишки до 10-12 км, вирішили використати спеціальні ракети. В 1958 р. перша протиградова партія ракет почала роботу в Алазанській долині (Грузія).

26 липня 1753 р., вивчаючи атмосферний струм, професор Ріхман у Петербурзі був смертельно уражений блискавкою під час грози. Неуцький скептицизм широкої публіки і преси підтримували навіть деякі діячі науки. Після одного невдало складеного прогнозу погоди вчений Р. Фіцрой покінчив життя самогубством.

Д. Менделєєв займався вивченням верхніх шарів атмосфери. Одного разу він ледь не загинув під час польоту на повітряній кулі, коли він без аеронавта самотужки піднявся у повітря і вів дослідження.

Великий внесок у вивчення атмосфери робить одна з найстаріших міжнародних метеорологічних організацій - Всесвітня метеорологічна організація (ВМО). Її статут було затверджено ще в 1873 р. в м. Лейпцигу на першій Міжнародній метеорологічній конференції.

ВМО очолила колективну роботу метеорологів світу за програмою вивчення глобальних атмосферних процесів. (ПВГАП). Перший експеримент ПВГАП проведено ще в 1974 р. вивчення законів загальної циркуляції почали з міжнародного Атлантичного тропічного експерименту (АТЕП), бо саме з тропіків тепло і волога розносяться по всій Землі. Його готували ІЗ країн. В експедиції брали участь вчені 70 країн.

Сьогодні відомо, як впливає Сонце на кількість та інтенсивність магнітних збурень, полярних сяйв. Але цього, звичайно, замало. Не розгадано походження сонячного тепла і світла, інтенсивність і циклічність сонячної радіації, яка наростає і спадає протягом 27 діб і кожні 6 місяців.

Ще у 1962 р. шведським і американським ученим за допомогою спеціальних пасток вдалось захопити частки сріблястих хмар. Але до цього часу ще невідома їх та перламутрових хмар природа.

Український науково-дослідний інститут Держкомгідромету, заснований в 1959 р., знаходиться в Києві. Він складається з 7 наукових відділів, двох польових експериментальних баз (у с. Жовтневому Дніпропетровської обл. та в м. Богуславі на Київщині), має експериментальний метеорологічний полігон, літаки-лабораторії, велику метеорологічну бібліотеку.

В Одеському екологічному університеті (колишньому гідрометеорологічному інституті) здобуває освіту молодь, яка готується стати метеорологами широкого профілю та агрометеорологами.

До праці в різноманітних галузях народного господарства країни залучаються метеорологи - випускники відділень географічних, фізичних та математичних факультетів університетів.

Спеціалістів середньої кваліфікації готують гідрометеорологічні технікуми, зокрема в Україні їх два: Харківський, де є відділення: гідрометеорологія та гідрометеорологічні радіолокаційні пристрої та Херсонський - гідрологія суші, метеорологія.

В кінці листопада 2000 р. потужний циклон обрушився на Норвегію, Данію, Швецію. Він приніс зливи, які довго не припинялись. Багато міст були затоплені, сотні людей залишилися без даху над головою. На Україну він приніс рясний сніг, ожеледь і сильний вітер. У Одеській, Вінницькій, Херсонській, Миколаївській областях був паралізований транспорт, ушкоджений електрозв'язок, вирвані з корінням дерева.

Але, звичайно, настане час, коли якось, увімкнувши радіоприймач, людина почує: "Увага! Завтра в місті буде організовано ясну, сонячну погоду. На околицях, де багато садів і городів, зранку буде дощ. Замовляйте погоду на наступні дні тижня по телефону номер. або поштовими листівками на адресу…"

ПОВІТРЯ І АТМОСФЕРА.

План

1. Газовий склад атмосфери

2..Будова атмосфери.

3. Походження атмосфери.

4. Методи дослідження атмосфери

Дата добавления: 2014-01-04