Методы изучения атмосферы реферат
Обновлено: 07.07.2024
Приземный слой атмосферы изучается в основном по результатам регулярных наблюдений (4 или 8 раз в сутки) десятков тысяч наземных и судовых метеорологических станций, расположенных во всех районах земного шара. В труднодоступных местностях-- в горах, полярных областях -- устанавливаются автоматические радиометеорологические станции (АРМС). Без участия наблюдателей АРМС измеряют давление, температуру и влажность воздуха, направление и скорость ветра, а результаты передают по радио. Первая в мире АРМС была сконструирована в СССР в 1933 г.
Расширяются исследования нижних слоев атмосферы с помощью приборов, установленных на высотных сооружениях, например на Останкинской телевизионной башне в Москве (высота 533 м) и на ряде других телебашен. Широко распространено изучение тропосферы с помощью самолетов и вертолетов, оснащенных метеоприборами.
Для изучения атмосферы применяются также шары-пилоты и радиозонды. Это сравнительно небольшие резиновые или полиэтиленовые оболочки, наполняемые водородом и выпускаемые в свободный полет. Шары-пилоты запускаются с целью изучения направления и скорости ветра на высотах. Радиозонд поднимает портативный комплект приборов, регистрирующих давление, температуру и влажность воздуха, а также радиопередатчик, передающий результаты наблюдений на Землю. Первый в мире радиозонд был сконструирован в СССР в 1930 г. П.А.Молчановым. Радиозонды поднимаются до высоты около 30 км.
В последние десятилетия развивается метод радиолокационного изучения некоторых атмосферных явлений. Радиоволны сантиметрового диапазона отражаются от водяных капель, что дает возможность определять расположение, движение и свойства облаков, зону дождей, гроз и т. д. в радиусе до нескольких сотен километров.
Более высокие слои атмосферы исследуются при помощи метеорологических (до 100 км) и геофизических (до 400 км) ракет. Каждая ракета поднимает контейнер с метеорологическими приборами, который затем спускается на парашюте. Для систематического изучения верхних слоев атмосферы с 1957 г. используются искусственные спутники Земли, космические корабли "Союз Т" и "Прогресс", орбитальные космические станции "Салют".
Система "Метеор" непрерывно ведет наблюдения за облачностью, тепловым излучением атмосферы и Земли и некоторыми другими величинами. Полученная информация передается на Землю, где обрабатывается электронными вычислительными машинами и используется как для научных исследований, так и для практических целей -- для составления прогнозов погоды, предупреждений командирам воздушных судов и мореплавателям об опасных явлениях, суждения о распределении льдов в Мировом океане, для изучения спектрального состава солнечной радиации, для определения границы снежного покрова, для определения рассеяния, ослабления радиации в атмосфере и изменения её спектрального состава, для вычисления продолжительности дня и её изменчивости; для определения радиационного баланса, запаса воды в снеге, а также о приходе солнечной радиации на различные формы рельефа.
С конца 90-х годов ХХ века постоянные наблюдения из космоса производятся с полярно-орбитальных спутников, которые вращаются вокруг планеты на высоте от 800 до 1000 км, и с геостационарных спутников - на высоте 36 тысяч км. С этих спутников на Землю непрерывно поступают сведения о температуре воздуха на поверхности суши и океанов, облачности, атмосферном давлении, т.д. Ценную информацию предоставляют члены длительных космических экспедиций на космических станциях, в частности, МКС. Знания о строении верхних слоев атмосферы были существенно дополнены, благодаря космонавтике.
Планета Земля укутана атмосферой, словно невидимым одеялом. Эта оболочка защищает Землю, а также всех ее обитателей от угроз из космоса. Можно утверждать и так, что жизнь на Земле возможна лишь благодаря существованию атмосферы.
Человечество интересовалось изучением воздушной оболочки планеты уже давно, однако приборы для измерения показателей атмосферы появились относительно недавно – всего лишь порядка четырех столетий назад. Какие же существуют способы изучения воздушной оболочки Земли? Давайте рассмотрим их подробнее.
Изучение атмосферы
Каждый человек ориентируется на прогноз погоды из СМИ. Но прежде чем эта информация станет известна общественности, она должна быть собрана при помощи множества различных методов. Тем, кто интересуется, как изучают атмосферу, будет важно узнать: основные приборы для ее изучения, которые были изобретены в XVI веке, это флюгер, термометр, а также барометр.
Сейчас изучением воздушной оболочки Земли занимается Всемирная метеорологическая организация (ВМО). Помимо России, в ее состав входит еще немало стран. Так как изучают атмосферу в наше время при помощи специальной техники, сотрудниками ВМО были разработаны специальные программы сбора и обработки данных. С этой целью применяются самые современные технологии.
Термометры
Измерение температуры и сейчас происходит с использованием термометров. Градусы измеряются по Цельсию. Данная система основывается на физических свойствах воды. При нуле градусов по Цельсию она переходит в твердое состояние, при 100 – в газообразное.
Система эта названа в честь ученого из Швеции Андерса Цельсия. Он предложил измерять температуру при помощи такого способа в 1742 году. Несмотря на технологический прогресс, во многих местах до сих пор используются ртутные термометры.
Осадкомер
Информация о том, как изучают атмосферу, будет интересна и школьникам, и взрослым. Например, любопытно узнать о том, что количество осадков измеряется метеорологами при помощи осадкомера. Это прибор, с помощью которого можно измерять как количество жидких осадков, так и твердых.
Данный метод изучения атмосферы появился в 70-х годах прошлого столетия. Осадкомер состоит из ведра, которое устанавливается на столбе и окружается ветрозащитой. Прибор размещают на ровных площадках, оптимальный вариант установки – в месте, окруженном домами или деревьями. В том случае, если количество осадков превышает 49 мм за 12 часов, то дождь считается сильным. Для снега этот термин применяется, если за этот же промежуток времени выпадает 19 мм.
Измерение скорости и направления ветра
Для того чтобы измерить скорость ветра, используется прибор под названием анемометр. Также он применяется и для того, чтобы изучить скорость направленных воздушных потоков.
Скорость воздуха представляет собой один из важнейших показателей атмосферы. Для того чтобы измерить скорость и направления ветра, используют и специальные ультразвуковые датчики (анеморумбометры). Рядом с анемометром, как правило, устанавливают флюгер. Также возле аэродромов, мостов и других мест, где сильный ветер может представлять опасность, обычно устанавливают специальные конусообразные мешки, сделанные из полосатой ткани.
Барометры
Мы рассмотрели, с помощью каких приборов и как изучают атмосферу. Однако обзор всех методов ее изучения был бы неполным без упоминания о барометре – специальном приборе, с помощью которого можно определить силу атмосферного давления.
Идея барометра была предложена еще Галилеем, хотя осуществить ее смог его ученик Э. Торричелли, впервые доказавший факт атмосферного давления. Барометры, при помощи которых измеряется давление атмосферного столба, позволяют составить прогноз погоды. Помимо этого данные приборы используются и в качестве высотометров, так как давление воздуха в атмосфере зависит от высоты.
Почему воздух давит на поверхность Земли? Молекулы воздуха, как и все другие материальные тела, притягиваются к поверхности нашей планеты силой притяжения. Тот факт, что воздух имеет вес, был продемонстрирован Галилеем, а прибор для измерения силы этого давления и был изобретен Э. Торричелли.
Профессии, изучающие атмосферу
Изучением воздушной оболочки Земли занимаются, главным образом, представители двух профессий – синоптики и метеорологи. Какова разница между этими двумя профессиями?
Метеорологи принимают участие в различных экспедициях. Нередко их работа проходит на полярных станциях, высокогорных плато, а также аэродромах и океанских лайнерах. Метеоролог не может отвлечься ни на минуту от своих наблюдений. Какими бы незначительными ни казались колебания, он должен вносить их в специальный журнал.
Кто изучает атмосферу?
Для составления прогноза погоды необходимо использовать информацию, собранную с нескольких точек всей планеты одновременно. Изучается температура воздуха, атмосферное давление, а также скорость и сила ветра. Наука, изучающая атмосферу, называется метеорологией. Она рассматривает строение и все протекающие в атмосфере процессы. По всей Земле расположены специальные метеорологические центры.
Нередко информация об атмосфере, метеорологии и метеорологах нужна и школьникам. Чаще всего этот вопрос им приходится исследовать в 6 классе. Как изучают атмосферу, и какие специалисты занимаются сбором и обработкой данных об изменениях в ней?
Атмосферу изучают метеорологи, климатологи и аэрологи. Представители последней профессии занимаются изучением различных показателей атмосферы. Морские метеорологи – это специалисты, которые наблюдают за поведением воздушных масс над Мировым океаном. Ученые, изучающие атмосферу, обеспечивают информацией об атмосфере морской транспорт.
Эти данные нужны и сельскохозяйственным предприятиям. Также существует такая отрасль науки об атмосфер, как радиометеорология. А в последние десятилетия получило развитие еще одно направление – спутниковая метеорология.
Зачем нужна метеорология?
Для того чтобы был составлен правильный прогноз погоды, информация не только должна быть собрана с разных уголков земного шара, но и правильно обработана. Чем больше информации есть у метеоролога (или другого исследователя), тем более точным будет результат его работы. Сейчас обработка всех данных осуществляется при помощи компьютерных технологий. Метеорологическая информация не только хранится в ЭВМ, но и используется для построения синоптических карт, составления прогнозов погоды на ближайшее время.
Для изучения физического состояния атмосферы производятся как инструментальные, так и визуальные наблюдения. Инструментальные наблюдения осуществляются с помощью специальных приборов, устанавливаемых у поверхности земли на метеорологических станциях, и приборов, поднимаемых на резиновых шарах, самолетах, аэростатах и воздушных змеях. При инструментальных наблюдениях получают сведения о температуре, влажности, давлении воздуха, скорости и направлении ветра у поверхности земли и на высотах до 30—40 км. Кроме того, с их помощью определяется высота нижней и верхней границ облаков, количество осадков, состав воздуха, распределение лучистой энергии и т. п.
Визуальные наблюдения ведутся на метеорологических станциях (рис. 3). В процессе этих наблюдений определяют форму и количество облаков (т. е. степень покрытия неба), дальность горизонтальной видимости (степень прозрачности воздуха), характер выпадающих атмосферных осадков, интенсивность метелей и пр.
Существуют и косвенные методы изучения строения атмосферы. Косвенные методы применяются главным образом для получения сведений о высоких слоях атмосферы, которые пока малодоступны для зондирования. К косвенным методам относятся наблюдения за световыми явлениями в атмосфере, распространением звуковых волн и радиоволн. Такие световые явления, как полярные сияния, светимость ночного неба, след метеоров, яркость сумеречного неба и др., позволяют судить о плотности и температуре воздуха, скорости и направлении воздушных потоков.
Из косвенных способов изучения атмосферы можно также отметить следующие:
по перламутровым облакам определяется ветер и влажность воздуха на высотах 22—26 км, по серебристым облакам — воздушные течения на высотах 80—90 км;
по аномальному распространению звука устанавливается температура, давление, ветер; те же элементы определяются по метеорным следам на высотах 50—150 км;
по ультрафиолетовой радиации определяется содержание озона, по излучению ночного неба — состав и температура воздуха на высотах 60—70 км, по полярным сияниям — на высотах 80—1000 км.
Метеорологическими и геофизическими ракетами определяется давление, плотность и температура воздуха, а также солнечный спектр и др.
Наиболее распространенным радиометеорологическим прибором является радиозонд — изобретение П. А. Молчанова (рис. 4). Выпускаемый на резиновом шаре в свободную атмосферу, радиозонд в полете регистрирует давление, температуру и влажность воздуха, а результаты измерений по радио передает условными сигналами. Сигналы улавливаются радиоприемниками и расшифровываются наблюдателями. После быстро произведенной обработки получают значения метеорологических элементов на различных высотах.
Радиозонд, радиозонд в полете
Атмосфера Земли.
Процессы, происходящие в атмосфере, непрерывно изменяют ее состояние на всех высотах. Изменяется и погода, которая характеризуется метеорологическими элементами, т. е. температурой и влажностью воздуха, облачностью и атмосферными осадками, ветром и другими явлениями, не только у поверхности земли, но и на высотах, где пролегают авиационные трассы.
Основные сведения о погоде и климате получают на метеорологических станциях по инструментальным и визуальным наблюдениям. Они позволяют изучить физическое состояние атмосферы в определенные промежутки времени и проследить за его изменениями. Инструментальные наблюдения осуществляются с помощью специальных приборов, устанавливаемых у поверхности земли на метеорологических станциях и поднимаемых на высоты — на резиновых шарах, самолетах, аэростатах и других летательных аппаратах. При инструментальных наблюдениях получают количественные характеристики таких метеорологических элементов,, как температура, влажность, давление воздуха, скорость и направление ветра у поверхности земли и на высотах, а также данные о нижней и верхней границе облаков, количестве осадков, составе воздуха, распределении лучистой энергии и т. п. При визуальных наблюдениях производится качественная оценка формы и количества облаков, видимости, т. е. прозрачности воздуха, характера и интенсивности выпадающих осадков, метелей, гроз, изморози, тумана, росы, инея, зарницы, пыльных бурь и т. п.
Наблюдения производятся на всех метеорологических станциях в одни и те же сроки четыре раза в сутки, а на многих станциях и ежечасно. Кроме того, метеорологические наблюдения по однотипной методике ведутся на многих торговых и военных судах, а также специальных экспедиционных кораблях.
Существуют и косвенные методы изучения строения атмосферы. Они применяются главным образом для получения сведений о высоких слоях атмосферы в малодоступных для зондирования местах. К косвенным методам относятся наблюдения за световыми явлениями в атмосфере, распространением звуковых волн и радиоволн. Такие световые явления, как спектры полярных сияний,
свечение ночного неба, высота возгорания и затухания метеоров, яркость сумеречного неба и др., позволяют судить о плотности и температуре воздуха, скорости и направлении воздушных потоков на различных высотах. По перламутровым облакам определяются ветер и влажность воздуха на высоте 24—28 км, по серебристым облакам — воздушные течения на высоте около 80 км. По аномальному распространению звука устанавливаются температура, давление, ветер; те же элементы определяются по метеорным следам на высотах 50—150 км. По ультрафиолетовой радиации судят о содержании озона в атмосфере, по излучению ночного неба — о составе и температуре воздуха на высотах 60—70 км, а по полярным сияниям — на высотах 80—1000 км.
Однако развитие техники позволяет все больше от косвенных методов изучения верхних слоев атмосферы перейти к инструментальным наблюдениям, с помощью метеорологических ракет и искусственных спутников Земли.
Погосян, Х.П. Атмосфера Земли/ Х.П. Погосян [и д.р.]. – М.: Просвещение, 1970.- 318 с.
Читайте также: