Знания и умения, формируемые на занятии
ПЛАНЫ
Практических занятий
Дисциплины «Учение об атмосфере»
Направление подготовки: 020800.62 Экология и природопользование, профиль «Природопользование»
Факультет: агротехнологический
Форма обучения: очная, заочная
Лист рассмотрения/пересмотра
Планов практических занятий
Планы практических занятий рассмотрены и одобрены на 2010-2011 учебный год.
Заведующий кафедрой профессор __________________ Н.В. Беседин
Планы практических занятий пересмотрены (внесены дополнительные вопросы для работ № 2,3) и одобрены на 2011-2012 учебный год.
Протокол № _1_ заседания кафедры почвоведения, агрохимии и земледелия от «_30_»___08____2011 г.
Заведующий кафедрой профессор __________________ Н.В. Беседин
В связи с переходом в 2011 году на ФГОС ВПО планы лабораторных занятий переработаны в формате нового стандарта.
1 МОДУЛЬ
Практическое занятие № 1
Тема: «Состав, строение и основные свойства атмосферы» (2 часа)
Цель:изучить строение атмосферы
Знания и умения, формируемые на занятии
На занятии формируются знания:
- основных слоев атмосферы;
- характеристики слоев атмосферы в вертикальном направлении;
умения:
- владеть информацией об основных слоях атмосферы;
Материально-техническое оборудование:
мультимедийный проектор, ноутбук, презентация «Состав и строение атмосферы».
|
|
|
План занятия:
1. Строение атмосферы по вертикали.
2. Состав сухого воздуха у земной поверхности.
3. Методы исследования атмосферы.
Глоссарий
Выучите определения следующих терминов:
Атмосфера, воздух, озон, тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера, паузы, шары-зонды, перламутровые (стратосферные) облака, серебристые (мезосферные) облака, полярное сияние.
Вопросы для обсуждения
- На какие слои делится атмосфера? Назовите высоту этих слоев.
- Как изменяется температура атмосферы с высотой?
- Охарактеризуйте слои атмосферы.
- В какой части атмосферы происходит накопление озона?
- Назовите основные постоянные компоненты воздуха и их концентрацию в атмосфере (в объемных процентах)
- Перечислите и охарактеризуйте методы исследования атмосферы.
Задания:
Общие:
1. На основе данных слайдов презентации и текста построить вертикальный разрез атмосферы Земли. На этом разрезе указать:
· высоты границ всех слоев атмосферы: тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы, термосферы, экзосферы и разделяющих их слоев,
· изменения температуры воздуха в различных слоях атмосферы,
· методы исследования атмосферы.
|
|
|
Указания к работе.
СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ.
Атмосфера простирается вверх на много сотен километров, и верхняя граница еѐ устанавливается весьма условно на высоте около 2 000–3 000 км. С высотой такие характеристики, как давление, плотность быстро уменьшаются, однако изменение температуры воздуха весьма специфично. Именно по характеру изменения температуры с высотой атмосфера делится на несколько сфер, между которыми располагаются переходные зоны – паузы.
Тропосфера. Нижний слой атмосферы, где температура в среднем уменьшается с увеличением высоты, называется тропосферой. Наибольшей высоты верхняя граница тропосферы (16–19 км) достигает в экваториальной и тропической зонах Земли, наименьшая высота ее (8–12 км) – в высокополярных областях. В тропосфере сосредоточены более 4/5 массы земной атмосферы и почти весь содержащийся в ней водяной пар. Для тропосферы отмечается закономерное понижение температуры с высотой в среднем на 0.6 ºС на каждые 100 м, что объясняется передачей тепла воздуху от земной поверхности. Эта величина получила название среднего вертикального градиента температуры в тропосфере. На верхней границе тропосферы температура, в зависимости от широты, изменяется от –45 до –70 ºС.
|
|
|
На земной поверхности контраст температур между экватором и полюсами весьма ощутим, но в тропосфере эта разность сглаживается с высотой. Перепады температур в тропосфере определяют энергию атмосферной циркуляции. Главное, что характеризует эту циркуляцию, – преобладание западных ветров скорости больше зимой, чем летом, и усиление их с высотой. Горизонтальный перенос воздуха сопровождается вертикальным перемещением и турбулентным (неупорядоченным) движением. Вследствие подъѐма и опускания больших масс воздуха образуются и рассеиваются облака, возникают и прекращаются осадки.
Стратосфера. В первой половине XX в. была открыта стратосфера, которая простирается от высот 8–17 до 50–55 км и от тропосферы отделяется тропопаузой. Для стратосферы характерно повышение температуры в среднем на 1–2 °С на километр высоты, и на еѐ верхней границе температура становится даже положительной. Это явление связывается с наличием здесь озона (О3), который образует так называемый озоновый экран Земли. В стратосфере воздух испытывает значительные вертикальные перемещения, турбулентные движения при сильных горизонтальных течениях. Все это – результат неоднородного распределения температур.
|
|
|
Применение ракетно-космических средств позволило провести измерения температур в высоких слоях атмосферы и получить современное более точное представление о вертикальном строении атмосферы.
Мезосфера. Выше стратосферы через пограничный слой, стратопаузу, выделяется мезосфера, в которой температура вновь начинает понижаться и у верхней границы (около 80 км) достигает от –75 до –90 ºС. При этом падение температуры с высотой в низких широтах происходит медленнее, чем в высоких. В слое мезопаузы на высоте 86 км понижение температуры прекращается и начинается еѐ повышение. Здесь под инверсионным слоем в сумерки или перед восходом солнца, чаще в летний период, наблюдаются серебристые облака, которые предположительно состоят из ледяных кристаллов. Наблюдения за серебристыми облаками показали большую изменчивость скорости ветров на их уровне, когда значения скорости ветра могут колебаться от 50 до нескольких сотен километров в час.
Термосфера. Выше мезопаузы до высоты 800 км расположена термосфера (или ионосфера), в пределах которой идет повышение температуры с высотой. Уже на уровне 150 км она достигает 220–240 ºС, на уровне 200 км – более 500 ºС, а на высоте 500–600 км превышает 1 500 ºС.
Кроме того, термосфера отличается наличием огромного количества электрически заряженных частиц – ионов. Поэтому еѐ также называют ионосферой. Под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца происходит отщепление электронов от нейтральных атомов и молекул воздуха, которые становятся положительно заряженными. В свою очередь, свободные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам и молекулам воздуха и сделать их отрицательно заряженными. В результате полученные положительно и отрицательно заряженные атомы и молекулы называются ионами, а газы, становящиеся электропроводными, – ионизированными.
Процесс ионизации наиболее интенсивно протекает на высотах 60–80 и 220–400 км. С усилением ионизации, обычно на высоте около 100 км, начинается свечение газов и возникают полярные сияния.
Отличительной особенностью ионосферы является отражение коротких радиоволн. Возвращаясь на земную поверхность, волны фиксируются в значительном отдалении от места радиопередачи, тем самым обеспечивая дальнюю радиосвязь.
Экзосфера
Самая верхняя часть атмосферы – экзосфера. Она простирается от 800 км и до 2 000–3 000 км. Температура составляет около 2 000 ºС. Высокая температура на верхней границе атмосферы и пониженная сила земного притяжения увеличивают скорость движения газов до второй космической (11,2 км/c), при которой наиболее легкие газы, такие как гелий, водород удаляются в межпланетное пространство. Однако и за пределами атмосферы околоземное пространство заполнено заряженными частицами газов, образующими зону радиации, – земную корону, заканчивающуюся на высотах около 20 тыс. км.
Рисунок 1. Строение атмосферы и методы ее исследования
1. профиль температуры, 2. распределение озона в умеренных и полярных широтах, 3. распределение озона в тропиках, 4. перламутровые облака, 5. серебристые облака, 6. полярные сияния, 7. отражение звуковых волн, 8. отражение средних радиоволн, 9. отражение коротких радиоволн, 10. свободные аэростаты, 11. самолёты, 12. стратостаты, 13. радиозонды, 14. метеорологические ракеты, 15. геофизические ракеты, 16. искусственные спутники Земли.
Литература
Основная
1. Метеорология и климатология / Захаровская Н.Н., Ильинич В.В. – М.: КолосС, 2004.-127 с.
Дополнительная
1. Агрометеорология / Лосев А.П., Журина Л.Л.-М.: Колос, 2004.- 301с.
2. Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды.-2-е изд..-М.: Мир; БНОМ. Лаборатория знаний.-2007.-295 с.
3. Зайцева Н.А. Аэрология.-Ленинград:Гидрометеоиздат.-1990.-326 с.
Интернет-ресурсы
Сайт Гидрометцентра России http://www.meteoinfo.ru/
Практическое занятие № 2
Радиационный режим атмосферы(4 часа)
Цель – изучение видов радиационных потоков в атмосфере, радиационного баланса, суммы прихода ФАР.
Знания и умения, формируемые на занятии
На занятии формируются знания:
- видов радиационных потоков в атмосфере, единицы измерения;
- радиационного баланса
умения:
- владеть информацией об основных закономерностях радиационного режима атмосферы,
- рассчитать радиационный баланс; сумму прихода фотосинтетически активной радиации;
Материально-техническое оборудование:
мультимедийный проектор, ноутбук, презентация «Радиационный режим атмосферы».
ПЛАН
1. Изучить виды радиационных потоков в атмосфере, записать определения, единицы измерения.
2. Используя лекционный материал, презентацию и указания к работе решить задачи.
Глоссарий
Выучите определения следующих терминов:
Прямая солнечная радиация, инсоляция, рассеянная радиация, суммарная радиация, отраженная коротковолновая радиация, поглощенная коротковолновая радиация, тепловое излучение земли, тепловое излучение атмосферы, эффективное излучение, радиационный баланс деятельной поверхности, ФАР – фотосинтетически активная радиация.
Вопросы для обсуждения
1. Тепловое и лучистое равновесие Земли. Понятие солнечной радиации. Солнечная постоянная.
2. Прямая и рассеянная радиация. Закономерности их изменений. Суммарная радиация.
3. Отраженная радиация. Альбедо. Роль альбедо в деятельности человека.
4. Длинноволновая радиация. Собственное излучение Земли. Встречное излучение атмосферы.
5. Зависимость эффективного излучения от облачности, растительности, высоты местности.
6. Что такое солнечная постоянная?
7. Чем отличается прямая солнечная радиация от солнечной постоянной?
8. Из каких составляющих радиационного баланса складывается суммарная радиация? От чего она зависит?
9. Что такое отражение радиации? Чем отражение радиации отличается от альбедо?
10. Какие явления в атмосфере связаны с поглощением и рассеянием солнечной радиации?
11. Что такое планетарное альбедо Земли?
12. Что понимается под коротковолновой и длинноволновой радиацией?
13. Чем обусловлено тепловое и лучистое равновесие Земли?
14. Объясните климатическую сущность излучения земной поверхности, встречного излучения, эффективного излучения.
15. Что такое радиационный баланс земной поверхности?
16. Каково географическое распределение суммарной радиации и радиационного баланса на земном шаре?
Практические задания
Общие:
1. Пользуясь учебной литературой, изучить материал по теме.
2. Перечислить виды радиационных потоков в атмосфере, записать определения, единицы измерения.
3. Используя лекционный материал, презентацию и указания к работе дать определение радиационного баланса, запишите уравнение радиационного баланса.
Индивидуальные:
1. Решите задачи:
1. Определите инсоляцию утром и в полдень при высоте солнца над горизонтом 30 и 400, если энергетическая освещенность прямой солнечной радиации составляет 0,84 кВт/м2.
2. Определить инсоляцию в полдень, если по данным актинометрических приборов суммарная радиация составляет 0,7 кВт/м2, рассеянная 0,28 кВт/м2.
3. Вычислить суммарную солнечную радиацию при следующих данных: высота солнца 80о, прямая солнечная радиация S = 0,67 кВт/м2, рассеянная D=0,18 кВт/м2.
4. Солнце над горизонтом находится под углом 90о. Вычислить инсоляцию на поверхности склона крутизной 20о, если в этот момент прямая радиация S=0,67 кВт/м2.
5. Вычислить альбедо А зеленого поля, если суммарная радиация Q = 0,63 кВт/м2, а отраженная R=0,14 кВт/м2.
2. Решите задачи:
а) Вычислить эффективное излучение поверхности поля (альбедо 15 %), если радиационный баланс составляет 420 Вт/м2 и суммарная радиация равна 840 Вт/м2.
б) Найти радиационный баланс травы, имеющей альбедо 20 %, если поток прямой радиации на горизонтальную поверхность составляет 546 Вт/м2, рассеянной 140 Вт/м2, эффективное излучение 105 Вт/м2.
в) Вычислить инсоляцию при следующих данных: радиационный баланс 70 Вт/м2, рассеянная радиация 140 Вт/м2, отраженная солнечная радиация 105 Вт/м2, эффективное излучение 35 Вт/м2.
г) Вычислить отраженную радиацию при следующих данных: суммарная радиация 805 Вт/м2, эффективное излучение 70 Вт/м2 , альбедо поверхности 15 %.
д) Определить альбедо подстилающей поверхности, если радиационный баланс составляет 700 Вт/м2 , суммарная радиация 890 Вт/м2 , эффективное излучение земли 80 Вт/м2 .
3. Решите задачи:
1. Вычислить средние годовые суммы ФАР для Ленинграда и Ташкента по известным суммам прямой и рассеянной радиации на горизонтальную поверхность:
| ∑S/, МДж/м2 | ∑D, МДж/м2 | |
| Ленинград | 1337 | 1557 |
| Ташкент | 2913 | 2144 |
2. Вычислить сумму ФАР за 1 час, если среднее значение прямой радиации составляет 840 Вт/м2, рассеянной – 140 Вт/м2; средняя высота солнца 320.
Указания к работе:
Потоки лучистой энергии в атмосфере
Часть лучистой энергии Солнца, поступающая к Земле в виде параллельных лучей от видимого диска солнца, называется прямой солнечной радиацией S.
Поток солнечной радиации на горизонтальную поверхность, называется инсоляцией S'. Вычисляется по формуле:
S'= S . sin hо,
где hо – высота солнца над горизонтом.
Часть солнечной радиации, которая после рассеивания атмосферой и отражения от облаков поступает на горизонтальную поверхность, называется рассеянной радиацией D.
Совокупность прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей в естественных условиях на горизонтальную поверхность, называется суммарной радиацией Q:
Q= S'+D
Отраженная радиация R – часть солнечной радиации, отраженной от поверхности земли.
В Международной системе единиц (СИ) энергетическая освещенность радиации измеряется в Вт/м2, а для сумм радиации используют Дж/(м2 . ч), Дж/(м2 . сут.) и т.д.
Соотношение между единицами: 1 кал/(см2. мин) = 698 Дж/(м2 . с) = 698 Вт/м2 ;
1 кал/см2 = 4,19 . 104 Дж/м2 ; 1 ккал/см2 = 4,19 . 104 кДж/м2 ;
Отражательная способность поверхности или альбедо А выражается формулой: А=Rk/Q х 100.
Альбедо выражается в долях единицы (с точностью до сотых) или в процентах. Часть суммарной радиации, поглощенная земной поверхностью называется поглощенной солнечной радиацией.
Литература
Основная
1. Метеорология и климатология / Захаровская Н.Н., Ильинич В.В. – М.: КолосС, 2004.-127 с.
Дополнительная
1. Агрометеорология / Лосев А.П., Журина Л.Л.-М.: Колос, 2004.- 301с.
2. Косарев В.П., Андрющенко Т.Т. Лесная метеорология с основами климатологии [электронный ресурс]: учебное пособие / В.П. Косарев, Т.Т. Андрющенко. – М.: Лань, 2009.
3. Практикум по агрометеорологии / Сенников В.А., Ларин Л.Г, Белолюбцев А.И., Коровина Л.Н..- М.: КолосС, 2006.- 215 с.
Интернет-ресурсы
1. Сайт Гидрометцентра России http://www.meteoinfo.ru/
2. Погода России - информационный сервер Гидрометцентра РФ http://meteo.infospace.ru/
Практическое занятие № 3
Тепловой режим атмосферы(4 часа)
Цель – изучение шкал температур использующихся в метеорологии, расчет вертикального градиента температуры воздуха.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1487; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!