1
Метеорология — наука о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физических процессах.
Климатология — это наука о климате, его формировании и географическом распределении, входящая как часть в метеорологию (физику атмосферы) и в физическую географию, поскольку климат формируется в результате метеорологических процессов, протекающих в определенных географических условиях.
Атмосфера – воздушная оболочка земли.
Климат — многолетний режим погоды, свойственный той или иной местности, определяющийся закономерной последовательностью метеорологических процессов.
Погода — совокупность значений метеорологических элементов и атмосферных явлений, наблюдаемых в определенный момент времени в той или иной точке пространства.
2
Состав Атмосферы: Азот (78%), Кислород (21%), Озон, Углекислый газ (0,03%), Оксид углерода, Водяной пар (0,1%), Аргон (0,93%).
Изменение состава атмосферы с высотой:
С высотой процентное содержание составных частей сухого воздуха постоянно в нижних 100 км атмосферы. Нижние 100 км так хорошо перемешиваются, что расслоения газов не происходит – гомосфера. Свыше 100 км находится гомосфера. Где происходит расслоение газов. Гелий и водород постоянно покидают атмосферу Земли, уходят в мировое пространство, но содержание их со временем не меняется. Водород поступает при разложении молекулы воды в верхних слоях атмосферы. Количество водяного пара в 10 раз уменьшается на высоте 5-6 км, а на высоте 10 км водяного пара будет в 100 раз меньше.
3
Основные физические свойства воздуха:
температура воздуха (по Кельвину или по Цельсию)
давление воздуха (Паскали, барическое давление в мм рт. ст.)
плотность воздуха (массовая плотность воздуха)
влажность воздуха (количество воды, находящееся в воздухе)
Уравнение состояния газа - уравнение, выражающее связь между переменными величинами (параметрами), определяющими физическое состояние газа. Для идеального газа — это уравнение Клапейрона — Менделеева:
4
Изменение атмосферного давления с высотой – плотность и давление воздуха с высотой падает.
Уравнение статики атмосферы - уравнение, описывающее изменение атмосферного давления с высотой в предположении статического равновесия, т. е. при равновесии силы тяжести и вертикальной составляющей барического градиента.
Барическая ступень - величина, определяющая изменение высоты в зависимости от изменения атмосферного давления.
5
Строение атмосферы:
тропосфера (8-10км в полярных, 10-12км в умеренных, 16-18 км в тропических, зимой ниже чем летом)
тропопауза (8-12 км в полярных, 16-18км над экватором, переходный слой)
стратосфера (11-50 км)
стратопауза (50-55 км)
мезосфера (50-90 км)
мезопауза (80-90км)
линия Кармана (100км)
граница атмосферы земли (118 км)
термосфера (90 – 800 км)
термопауза (400 – 800 км)
экзосфера (выше 700км)
Тропосфера - слой атмосферы, простирающийся от земной поверхности до высоты 10—20 км, в котором развиваются основные явления погоды.
6
Солнечная радиация — электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца.
Спектральный состав солнечной радиации:
0.1 – 0.4 мк
вся энергия солнечной радиации (99%)
радиация с меньшими или большими длинами волн, вплоть до рентгеновских лучей и радиоволн (1%)
0.4 – 0.75 мк
вся солнечная лучистая энергия (46%)
инфракрасные лучи (47%)
ультрафиолетовые лучи (7%)
Солнечная постоянная – это количество лучистой энергии, проходящей в течение минуты через площадь 1 см на расстоянии от Солнца, равном среднему радиусу земной орбиты. Имеет величину 1,95 кал/см^2 мин
7
Прямая солнечная радиация – энергетическая освещенность, создаваемая излучением, поступающим на Землю непосредственно от солнечного диска в виде пучка параллельных солнечных лучей.
Суммарная солнечная радиация – вся прямая и рассеянная солнечная радиация, поступающая на земную поверхность. Суммарная солнечная радиация характеризуется интенсивностью.
Отраженная солнечная радиация - это лучи Солнца, отраженные земной или водной поверхностью. Она выражается процентным отношением отраженных лучей к их суммарному потоку.
8
Процессы поглощения и рассеяния солнечной радиации в атмосфере:
в атмосфере поглощаются солнечная радиация, земное излучение и излучение других слоев самой атмосферы. Это поглощение. избирательное, т. е. неодинаковое для радиации разных длин волн, и производится преимущественно водяным паром, озоном, углекислым газом, менее — кислородом, а также коллоидными примесями. Всего поглощается в атмосфере около 15% входящей в нее солнечной радиации и большая часть собственного излучения земной поверхности.
рассеяние радиации происходит во всех направлениях, однако, не с одинаковой интенсивностью. Наиболее интенсивное рассеяние имеет место в направлении падающего луча (вперед) и в противоположном направлении (назад). Минимумы рассеяния наблюдаются в направлениях, перпендикулярных к прямому лучу.
Закон Релея - интенсивность упруго рассеянного света пропорциональна 4-ой степени длины волны падающего света, благодаря чему голубые и фиолетовые лучи рассеиваются сильнее, нежели красные. Этим объясняется голубой цвет неба.
Закон ослабления радиации (формула Буге) - ослабление электромагнитного излучения в атмосфере, определяемое положением и рассеянием атмосферными аэрозолями и газами. Является частным случаем уравнения переноса излучения.
9
Радиационный баланс земной поверхности - разность между суммарной солнечной радиацией, поглощенной земной поверхностью, и ее эффективным излучением. Радиационный баланс может быть положительным (днем, летом) и отрицательным (ночью, зимой); измеряется в кВт/кв.м/мин.
Поглощенная радиация – частичное превращение лучистой энергии Солнца (солнечной радиации) в другие виды энергии, в особенности в теплоту. Составляющая радиационного баланса земной поверхности.
Эффективное излучение - разность между излучением земной поверхности и противоизлучением атмосферы. Составляющая радиационного баланса земной поверхности.
10
Суточный и годовой 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.
Годовой ход температуры поверхности почвы – в течение года поверхность почвы также непрерывно, разными способами теряет, либо поглощает тепло, только годовой ход температуры имеет значительно большую амплитуду колебания температуры. 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.
Распространение тепла вглубь почвы - при передаче в глубь почвы периодических изменений температуры период колебаний с глубиной не меняется, а амплитуда колебаний с глубиной затухает. Если глубины растут в прогрессии арифметической, амплитуды уменьшаются в прогрессии геометрической — первый закон Фурье.
11