Тема: «Атмосферное давление» (4 часа)
Цель: формирование знаний об атмосферном давлении
Знания и умения, формируемые на занятии
На занятии формируются знания:
- единиц измерения атмосферного давления;
- о барических системах;
- причины изменения атмосферного давления по вертикали и горизонтали;
умения:
- самостоятельно рассчитать величину атмосферного давления, барическую ступень, барический градиент
Материально-техническое оборудование:
мультимедийный проектор, ноутбук, презентация «Атмосферное давление».
План занятия:
1. Атмосферное давление. Единицы измерения давления.
2. Изменение давления с высотой и по горизонтали. Причины изменения давления.
3. Расчет атмосферного давления.
Глоссарий
Выучите определения следующих терминов:
Атмосферное давление. Нормальное атмосферное давление. Барическая ступень. Вертикальный барический градиент. Барические системы (циклон, антициклон, ложбина, гребень, седловина)
Вопросы для обсуждения
1. Атмосферное давление. Единицы измерения давления.
2. Атмосферное давление, его изменение с высотой. Причины изменения давления.
3. Что такое горизонтальный и вертикальный барический градиент (определение, единицы измерения)?
4. Что такое барическая ступень
5. Что такое изобара, изогипса, гребень, ложбина, циклон, антициклон?
6. Нормальное атмосферное давление. Стандартное атмосферное давление.
Задания:
|
|
|
Общие:
1. Пользуясь учебной литературой, используя лекционный материал изучить материал по теме.
2. Дать характеристику и зарисовать области пониженного давления – циклоны и области повышенного давления – антициклоны , ГБГ в этих областях (рис. 1), барические системы с замкнутыми и незамкнутыми изобарами (рис. 2).
Индивидуальные:
Решить задачи, ответить на поставленные вопросы
1. Выразить стандартное давление в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).
2. Значения давления, снятые с ленты барографа, равны 980,6 и 982,8 мбар. Перевести эти значения в гектопаскали (гПа).
3. Атмосферное давление 820,5 и 811,6 мм рт. ст. перевести в гектопаскали (гПа).
4. Максимальное давление на уровне моря (812,9 мм рт. ст.) наблюдалось 31 декабря 1968 г. на ст. Агата (Красноярский край), а минимальное (641,1 мм рт. ст.) - в сентябре 1961 г. в тайфуне Нэнси над Тихим океаном. Выразить эти значения в гектопаскалях (гПа) и найти их относительные отклонения от нормального давления.
5. Вычислить превышение горного участка над долиной, если при барометрическом нивелировании получены следующие данные: давление в долине 985,4 гПа при температуре 21,5 °С, на горном участке соответственно 978 гПа и 17,0 °С.
6. Определить высоту горы, если у подножия давление 1015 гПа, температура воздуха 24,0 °С; на вершине горы давление 990 гПа, температура 16,0 °С.
|
|
|
7. При выпуске радиозонда у поверхности земли давление равнялось 1012,6 гПа, а температура воздуха 24,6 °С. При входе прибора в кучевое облако отмечалось давление 942,4 гПа и температура воздуха 19,4 °С. Какова высота нижней границы облака?
8. Вычислить барическую ступень у поверхности Земли при давлении 1000,0 гПа и температуре воздуха – 40,0, 0,0 и 40,0 °С.
9. На синоптической карте на двух станциях, расположенных на расстоянии 500 км, проходят изобары 995 и 990 гПа. Вычислить горизонтальный барический градиент.
Указания к работе
Вес атмосферы в миллион раз меньше веса земли (Ма=5,15·х 1015 т). Своим весом воздух оказывает давление на земную поверхность и все предметы, находящиеся на ней, а также в воздухе (летящие и свободно плавающие). В любой точке атмосферы или земной поверхности давление воздуха или атмосферное давление, равно весу вышележащего столба воздуха с основанием равным единице площади.
Показателем атмосферного давления служит высота ртутного столба, уравновешиваемого давлением воздуха, она измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Обычно измерения проводят с точностью 0,1 мм рт. ст. В настоящее время в физике принята система СИ. В ней единицей измерения давления служит паскаль (Па). 1 Па – это давление с силой 1 Н на 1 м2. Но 1 Па – это слишком малая величина, поэтому основной единицей служит гектопаскаль гПа (1 гПа = 100 Па). Кроме этих единиц в литературе можно встретить величину миллибар (мбар или мб). 1 мбар = 100Па = 1гПа.
|
|
|
Соотношение этих трех величин выглядит следующим образом:
1 мбар = 1гПа = 3/4 мм рт.ст.
1 мм рт.ст. = 4/3 мбар = 4/3 гПа
Среднее давление воздуха на уровне моря составляет 760 мм рт. ст. (при температуре 0ºС, под широтой 45º Северного или Южного полушария), это соответствует 1013,25 гПа. Это давление воздуха принимается за нормальное давление воздуха.
С высотой давление убывает, т.к. мощность вышележащего слоя атмосферы становится все меньше.
Исторически раньше всего в метеорологии начали анализировать географическое распределение давления на уровне моря, т.е. строить приземное поле давления с помощью изобар – линий равного давления. Чтобы построить карту изобар, на географическую карту наносят в пунктах расположения метеорологических станций, приведенные к уровню моря значения атмосферного давления, измеренные на этих станциях в один и тот же момент времени. Затем точки с одинаковым давлением соединяют изобарами. Каждая изобара – след пересечения соответствующей изобарической поверхности с уровнем моря.
|
|
|
На карте, охватывающей тот или иной географический район, можно для данного момента времени провести целое семейство изобар (рис. 1). Проводят их так, чтобы каждая изобара отличалась от соседних на 5 гПа. Например, изобары могут иметь значения 990, 995, 1000, 1005, 1010 гПа и т.д. В необходимых случаях используется интерполяция между давлениями на станциях. На карте барического поля обнаруживаются области с замкнутыми изобарами и самым низким давлением в центре, называемые циклонами или депрессиями, и области с замкнутыми изобарами и самым высоким давлением в центре, называемые антициклонами. Кроме циклонов и антициклонов на карте изобар можно обнаружить и другие формы барического рельефа. Положение изобар от одного момента времени к другому непрерывно меняется: циклоны и антициклоны перемещаются, давление в их центрах понижается или повышается, они возникают в одних географических районах, перемещаются и исчезают в других. За всеми этими изменениями необходимо следить, поскольку с областями изменения давления связаны изменения погоды. Такие изменения можно обнаружить при сопоставлении ряда карт, составленных для последовательных сроков наблюдений.
В настоящее время в практике службы погоды не применяют отдельные карты изобар, а составляют синоптические карты, или карты погоды. На карты погоды возле каждой метеорологической станции кроме приведенного к уровню моря давления наносят также цифрами или особыми знаками все метеорологические величины по наземным наблюдениям: температуру, скорость и направление ветра, характеристики облачности, видимость, изменение давления за последние 3 ч, погоду в срок наблюдения и др. На этих картах и проводят изобары.
В климатологии широко применяют карты изобар для уровня моря, составленные по средним многолетним данным.
Горизонтальный барический градиент – изменение давления на единицу расстояния в горизонтальной плоскости (на поверхности уровня). Это векторная величина. Направление берется по нормали к изобаре в сторону уменьшения давления. Величина производная от давления по этому направлению. Модуль горизонтального барического градиента обратно пропорционален расстоянию между изобарами.
В разных точках барического поля направление и величина горизонтального барического градиента различны. Изобарические поверхности наклонены в сторону уменьшения давления, т.е. в направлении градиента.
Горизонтальный градиент давления измеряют по синоптическим картам. Вектор горизонтального барического градиента обычно обозначают – 
р. Он равен – (Δр/Δn), где Δр – разность давления между двумя изобарами, Δn – расстояние между ними. Единицы измерения гПа/100км.
Рисунок 1. Изобары на уровне моря (гПа) и горизонтальный барический градиент;
стрелками обозначен горизонтальный барический градиент в шести точках барического поля: Н – циклон, В – антициклон (С.П. Хромов, М.А. Петросянц, 2004)
Области повышенного или пониженного давления, на которые расчленяется барическое поле атмосферы называются барическими системами.
Основные типы барических систем (рис. 2):
А) с замкнутыми изобарами:
1) циклон,
2) антициклон;
Б) с незамкнутыми изобарами:
1) ложбина,
2) гребень,
3) седловина.
Циклон – атмосферное возмущение с пониженным атмосферным давлением в центре и циркуляцией воздуха вокруг центра в северном полушарии против часовой стрелки Горизонтальный барический градиент направлен от периферии к центру циклона.
Антициклон – область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и соответствующим распределением ветров (в Северном полушарии – по часовой стрелке). Горизонтальный барический градиент направлен от центра к периферии.
Ложбина – полоса пониженного давления между двумя областями повышенного давления. Изобары либо почти параллельные, либо имеют вид латинской буквы V. Центра в ложбине нет, есть ось (линия на которой атмосферное давление имеет минимальное значение, или на которой изобары резко меняют направление простирания). Отрог циклона.
Гребень – полоса повышенного давления между двумя областями пониженного давления. Изобары в гребне либо параллельны, либо имеют вид буквы U (отрог антициклона). У гребня есть ось, на которой атмосферное давление максимально.
Седловина – участок барического поля между двумя циклонами и двумя антициклонами (ложбинами и гребнями), расположенными крест-накрест. В этом случае изобарические поверхности имеют характерную форму седла: они поднимаются по направлению к антициклонам и опускаются – к циклонам. Точка в центре седловины называется точка седловины.
Рисунок 2. Изобары на уровне моря в различных типах барических систем
(С.П. Хромов, М.А. Петросянц, 2004): I – циклон; II – антициклон; III – ложбина;
IV – гребень; V – седловина
По величине изменения атмосферного давления с высотой можно определить превышение одной точки над другой.
Для этого пользуются формулой (Бабинэ) барометрического нивелирования
Н = 16000(1+αt) Р1-Р2 / Р1+Р2 , где
Н – превышение между двумя точками в метрах
Р1 и Р2 давление на нижнем и верхнем уровнях
α – коэффициент расширения газов (0,004)
t – средняя температура.
Изменение давления с высотой характеризуют барической ступенью.
Барическая ступень есть то расстояние по вертикали, на котором давление меняется на 1 гПа. Формула:
h=8000/Р(1+αt)
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.
Интернет-ресурсы
1. Сайт Гидрометцентра России http://www.meteoinfo.ru/
2. Погода России - информационный сервер Гидрометцентра РФ http://meteo.infospace.ru/
Практическое занятие № 6
Тема: «Ветер» (2 часа)
Цель:формирование знаний о ветре, его изменении во времени и пространстве
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1937; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!