Приземные метеорологические наблюдения 8 августа

Казанский государственный университет Факультет географии и экологии

ПРИЗЕМНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ

(8 августа) Выполнила

студентка 271 группы Клевлеева Тамила Казань 2008

Введение

Суточный ход температуры поверхности почвы Суточный ход температуры воздуха Суточный ход упругости водяного пара Суточный ход относительной влажности Суточный ход атмосферного давления Суточный ход направления и скорости ветра Заключение Список литературы Приложение

Цель работы — изучить суточный ход метеовеличин по данным метеорологической станции 19.08.2007

К метеорологическим величинам относятся температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра и др. К ним присоединяются величины, непосредственно не отражающие свойств атмосферы или атмосферных процессов, но тесно связанные с ними. Таковы температура почвы или поверхностного слоя воды, испарение, высота и состояние снежного покрова и т. п.

На метеорологических станциях основного типа регистрируются следующие метеорологические величины, которые будут рассмотрены в данной работе:

§ Температура на поверхности почвы и на нескольких глубинах в почве.

§ Температура воздуха на высоте 2 метра над земной поверхностью.

§ Атмосферное давление.

§ Влажность воздуха — абсолютная (давление водяного пара) и относительная влажность.

§ Ветер — горизонтальное движение воздуха на высоте 10−12 метров над земной поверхностью. Измеряется его скорость и определяется направление, откуда он дует.

Для измерения этих метеорологических величин используют метеорологические приборы, которые устанавливаются на площадке станции под открытым небом. Только приборы для измерения атмосферного давления (барометры) устанавливаются в закрытом помещении станции, так как разница между давлением воздуха под открытым небом и внутри помещения ничтожна мала (практически отсутствует).

Приборы для определения температуры и влажности воздуха защищают от действия солнечной радиации, от осадков и порывов ветра, и для этого их помещают в будках особой конструкции. Отсчеты по приборам делаются наблюдателем в установленные сроки наблюдений. На станциях устанавливаются также самопишущие приборы, дающие непрерывную автоматическую регистрацию важнейших метеорологических величин (особенно температуры и влажности воздуха, атмосферного давления и ветра). Самопищущие приборы нередко конструируют так, что их приемные части, помещенные на площадке или на крыше здания, имеют электрическую передачу к пишущим частям, установленным внутри здания.

Наблюдения за ветром, температурой и влажностью производятся на разных уровнях над почвой, начиная от нескольких сантиметров.

Для приземных метеорологических наблюдений применяются переносные походные приборы, в особенности психрометр Ассмана и ручной анемометр, а также электрические термометры и переносные актинометрические приборы. Практикуют микроклиматические съемки с одновременными наблюдениями в ряде точек местности.

Суточный ход температуры поверхности почвы

В течение суток поверхность почвы непрерывно, разными способами теряет либо поглощает тепло. Через земную поверхность тепло передается вверх (в атмосферу) и вниз (в почву). На поверхность почвы поступает суммарная радиация и встречное излучение атмосферы, а так же тепло поступает путем турбулентной теплопроводности. Теми же способами земная поверхность излучает тепло в атмосферу. Приходящее тепло распределяется в тонком верхнем слое, который сильно нагревается. На поверхности почвы температура при отдаче тепла падает быстро: тепло, накопленное в тонком верхнем слое, быстро из него уходит без восполнения снизу.

Рис.№ 1 График суточного хода температуры поверхности почвы

Алгебраическая сумма всех приходов и расходов тепла на земной поверхности должна быть равно нулю, однако это не значит, что температура поверхности почвы не меняется. Если передача тепла направлена вниз, то тепло из атмосферы остается в деятельном слое почвы, что приводит к увеличению его температуры. При передаче в атмосферу, тепло уходит из деятельного слоя, понижая тем самым его температуру.

Температура поверхности в течение имеет свой максимум, который проявляется в 13−14ч, и минимум, наблюдающийся через полчаса после восхода солнца. В нашем случае (рис.№ 1) происходит именно так: наименьшая температура поверхности 19 °C приходится на 6ч утра — время, примерно после восхода летний период. В это время отдача тепла из верхнего слоя почвы эффективным излучением уравновешивается возросшим притоком суммарной радиации, вследствие чего радиационный баланс поверхности почвы становится равным нулю; а нерадиационный баланс незначителен. Потом температура постепенно растет до своего наибольшего значения в местный полдень. Радиационный баланс остается положительным до вечера, однако можно заметить, что температура поверхности почвы падает. Это связано с увеличившимися теплопроводностью и испарением воды.

Максимальные температуры на поверхности почвы обычно выше, чем в воздухе, поскольку днем солнечная радиация нагревает почву, а уже от неё нагревается воздух. Это видно на исследуемом случае: максимум температуры поверхности почвы (49°С) выше, чем максимум температуры воздуха (32,8°С) в этот же день. Ночные минимумы, наоборот, на поверхности почвы ниже, чем в воздухе, так как прежде почва выхолаживается эффективным излучением, а от нее охлаждается воздух. 19 августа минимум температуры поверхности почвы составлял 19 °C, а минимум температуры воздуха — 21,2°С.

Исследования проводились в августе, поэтому разница между суточным максимумом и суточным минимумом — суточная амплитуда температуры — в исследуемом случае достаточно высока (30^оС). Солнечная радиация у земной поверхности велика днем, а ночью наблюдается эффективное излучение. Следовательно, судя по большой амплитуде, день был безоблачным.

Суточный ход температуры воздуха

Температура поверхности почвы влияет на температуру воздуха. Обмен теплом происходит при непосредственном соприкосновении тонкой пленки воздуха с земной поверхностью вследствие молекулярной теплопроводности. Далее обмен происходит внутри атмосферы за счет турбулентной теплопроводности, которая является более эффективным механизмом теплообмена, так как перемешивание воздуха в процессе турбулентности способствует очень быстрой передаче тепла из одних атмосферных слоев в другие.

Рис № 2 График суточного хода температуры воздуха.

Как видно на рис№ 2 в течение суток воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, приблизительно повторяя изменения температуры воздуха (см. рис.1) с меньшей амплитудой. Можно даже заметить, что амплитуда суточного хода температуры воздуха меньше амплитуды изменения температуры почвы примерно на 1/3. Температура воздуха начинает повышаться в то же время, что и температура поверхности почвы: после восхода солнца, а максимум ее уже наблюдается в более поздние часы, а нашем случае в 15ч, а потом начинает понижаться.

Как уже отмечалось ранее, максимум температуры поверхности почвы выше, чем максимум температуры воздуха (32,8°С). Это объясняется тем, что солнечная радиация прежде всего нагревает почву, от которой уже потом нагревается воздух. А ночные минимумы на поверхности почвы ниже, чем в воздухе, так как почва излучает тепло в атмосферу.

Суточный ход упругости водяного пара

Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу путем испарения с водных поверхностей и влажной почвы, а также в результате транспирации растениями. При этом в разных местах и в разное время он поступает в атмосферу в различных количествах. От земной поверхности он распространяется вверх, а воздушными течениями переносится из одних мест Земли в другие.

Упругостью водяного пара называют давление водяного пара. Водяной пар, как всякий газ, создает определенное давление. Давление водяного пара пропорционально его плотности (массе в единице объема) и его абсолютной температуре.

Рис. № 3 График суточного хода упругости водяного пара.

Наблюдения проводились в глубине материка в теплое время года, поэтому график показывает двойной суточный ход (рис№ 3). Первый минимум в таких случаях наступает после восхода, как и минимум температуры.

Почва начинает нагреваться после восхода Солнца, повышается ее температура, и, как следствие, возрастает испарение, а значит, растет давление пара. Это тенденция происходит до 9ч, пока испарение преобладает над переносом пара снизу в более высокие слои. К этому времени в приземном слое уже устанавливается неустойчивая стратификация, и конвекция получает достаточное развитие. В процессе конвекции возрастает интенсивность турбулентного перемешивания, устанавливается перенос водяного пара в направлении его градиента, снизу вверх. Отток водяного пара снизу не успевает компенсироваться испарением, что приводит к уменьшению содержания пара (и, следовательно, давления) у земной поверхности к 12−15 часам. А уже потом, давление начинает расти, так как конвекция ослабевает, а испарение с нагретой почвы еще велико, и растет содержание пара. После 18ч испарение уменьшается, поэтому давление падает.

Суточный ход относительной влажности

Содержание водяного пара в воздухе называют влажностью воздуха. Мерой влажности является парциальное давление водяного пара и относительная влажность. Очень часто воздух содержит водяного пара меньше, чем нужно для насыщения при данной температуре. Степень близости воздуха к состоянию насыщения характеризуют относительной влажностью. Относительная влажность — отношение фактического давления пара к давлению насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах:

Суточный ход относительной влажности f зависит от суточного хода фактического давления пара e и от суточного хода давления насыщенного пара E. Но E находится в прямой зависимости от суточного хода температуры. Давление пара e в общем меняется в суточном ходе не очень значительно; гораздо резче меняется вместе с температурой давление насыщенного пара. Поэтому суточный ход относительной влажности с достаточным приближением обратен суточному ходу температуры. При падении температуры относительная влажность растет, при повышении температуры — падает.

Рис. № 4 График суточного хода относительной влажности.

Максимум относительной влажности (70%) в данном случае совпадает с суточным минимумом температуры — перед восходом Солнца. Минимум (28%) наблюдается в 15ч. Такое понижение с 6ч до 15ч связано с тем, что в результате турбулентного переноса пара вверх е внизу уменьшается, а вследствие роста температуры воздуха Е увеличивается. Поэтому прослеживается большая амплитуда суточных колебаний относительной влажности — 31%. Такая тенденция в эти часы особенно характерна для дневных колебаний относительной влажности внутри материков.

Суточный ход атмосферного давления

Всякий газ производит давление на ограничивающие его стенки, т. е. действует на эти стенки с какой-то силой давления, направленный перпендикулярно к стенке. Числовое значение этой силы давления, отнесенной к единице площади, и называют давлением. Давление газа обусловлено движениями его молекул, той «бомбардировкой», которой они подвергают стенки. При возрастании температуры и сохранении объема газа скорости молекулярных движений увеличиваются и давление растет. Если мысленно выделить какой-то объем внутри атмосферы, то воздух в этом объеме испытывает давление извне на воображаемые стенки, ограничивающие данный объем, со стороны окружающего воздуха. Со своей стороны воздух изнутри объема оказывает такое же давление на окружающий воздух. Выделенный объем может быть сколь угодно малым и в пределе сводится к точке. Таким образом, в каждой точке атмосферы имеется определенное атмосферное давление.

Рис.№ 5 График суточного хода атмосферного давления.

Периодические изменения давления определяются его суточным ходом. Кривая суточного колебания давления, как правило, имеет 2 минимума и 2 максимума. Хотя в рассметриваемом случае (рис№ 5) выражен только один максимум — в районе 3ч, это вызвано охлаждением воздуха. Снижение давления к 12−15ч объясняется нагреванием воздуха, так как совпадает с суточным максимумом его температуры (рис№ 2). Далее давление снова начинает падать до 18ч, после чего снова возрастает. Влияние непериодических изменений на упругие суточные колебания атмосферы не позволяют в течение суток достичь атмосферному давлению второго максимума.

Причинами суточного хода давления являются: суточный ход температуры воздуха; собственные упругие колебания атмосферы, возбуждаемые суточными колебаниями температуры; приливные волны в атмосфере, усиливаемые резонансом с ее собственными колебаниями.

Суточный ход направления и скорости ветра

Ветром называют движение воздуха относительно земной поверхности. Говоря о направлении ветра, имеют в виду направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, т. е. его азимут. Направление ветра определяется с помощью флюгера, вращающегося около вертикальной оси. Под действием ветра флюгер принимаем положение по направлению ветра.

Рис.№ 6 Направление и скорость ветра

Масштаб для скорости: 1мм=1м/с

Изменение в течение суток интенсивности турбулентного перемешивания приводит к суточному ходу ветра. Так, в ночное время суток обычно турбулентное перемешивание ослаблено, наблюдается инверсия. С восходом Солнца увеличивается термическая неустойчивость, усиливается турбулентность, и, как следствие, увеличивается взаимодействие между нижними медленными и более высокими быстрыми слоями. Воздух перемешивается, поэтому сверху вниз приходит воздух, который обладает большей скоростью и большим отклонением от направления барического градиента. Как видно из рис№ 6 к 9ч ветер меняет направление и набирает скорость 1м/с. К 15ч скорость ветра достигает своего суточного максимума. При этом в 9 и 12с направление ветра склонялось к ЮВ и ВЮВ. А набрав максимальную суточную скорость ветер меняет направление на ЮЮЗ. Вслед за уменьшением интенсивности турбулентности взаимодействие между нижними и более высокими слоями снижается, практически прекращаясь ночью. И уже в 18−21ч ветер дует южную сторону. А после полуночи скорость сводится к нулю.

Преобладает направление к северу, однако при этом направлении скорость ветра равна нулю. Кроме северного повторяется направление Ю. Амплитуда суточного изменения скорости ветра составляет 3м/с.

Заключение

Проанализировав все данные, можно судить о погоде 19.08.2007. Максимальная температура воздуха составляла 32,8^оС в 15ч, а наименьшая — 21,2^оС в предрассветное время. Судя по высокой температуре воздуха и большой амплитуде температуры поверхности почвы (30^оС) этот день был жарким и ясным.

Суточный максимум почвы наблюдался в полдень (49^оС), когда почва поглощала наибольшее количество тепла; а суточный минимум, как и у температуры воздуха в 6ч, перед рассветом, когда радиационный баланс становится равным нулю.

За счет изменения в течение суток температуры и интенсивности турбулентного перемешивания, мы наблюдаем двойной суточный ход абсолютной влажности — упругости водяного пара. Максимумы суточного изменения приходятся на 6ч, когда только начинает прогреваться земная поверхность и в послеполуденные часы. А максимумы в 9ч и 3ч.

Относительная влажность изменяется обратно пропорционально изменению температуры, поэтому суточный максимум относительной влажности совпадает с минимумом температуры. Также можно проследить, что день был довольно сухим, так как средняя относительная влажность в этот день равна 48%.

Наименьшее давление наблюдается в 3ч, а наименьшее в 18ч. Судя по неявно выраженному правильному суточному ходу с 2 парами экстремумов, можно предположить, что 19 августа на упругие колебания атмосферы оказывали некое влияние непериодические изменения давления.

Максимальная скорость ветра в этот день достигает 3 м/с в 15ч. В утренние и ночные часы прослеживалось безветрие. Доминирующее направление можно считать Ю, так как в направлении С скорость ветра была нулевой.

Таким образом, можно сказать, что 19 августа — это был ясный, сухой и жаркий, маловетреный день

1. Селиверстов Ю. П., Бобков А. А. Землеведение: Учебное пособие для студентов вузов. — Москва: Издательский центр «Академия», 2004

2. Хабутдинов Ю. Г., Шанталинский К. М. Метеорология и климатология: Учебное пособие. — Казань, Издательство Казанского университета, 2000.

3. Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология: Учебник. — Москва: Издательство Московского университета, 2001.

4. meteo-geofak.narod.ru/programs/geologi.htm

5. www.geogr.msu.ru/GeoSite/docs/Surkova.pdf

Приложение

Табл.1