Методические рекомендации к внеаудиторной самостоятельной работе студентов
методическая разработка на тему

ГБОУ СПО МО «МОСКОВСКИЙ  ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ

ТЕХНИКУМ»

Методические рекомендации к внеаудиторной самостоятельной работе студентов по дисциплине

 «Метеорология»

по специальности 280403 Метеорология

г. Железнодорожный

2014-2015уч.г.

Методические рекомендации к внеаудиторной самостоятельной работе студентов по  учебной дисциплине разработаны на основе Федерального государственного образовательного стандарта и действующей рабочей программы по специальности(ям) среднего профессионального образования

по специальности 280403 Метеорология

Организация-разработчик:

ГБОУ СПО «Московский гидрометеорологический техникум»

Разработчики:

Пишняк. Е.Н.– преподаватель ГБОУСПО «Московский гидрометеорологический техникум»

Рассмотрена и одобрена на заседании предметной цикловой комиссии метеорологических и экологических дисциплин

протокол № 1 от «29» августа 2014 г.

Председатель ПЦК: ___________ Т.Н.Степахина

Рекомендована Методическим  советом Государственного образовательного учреждения среднего профессионального образования Московской области «Московский гидрометеорологический техникум» (ГБОУ СПО МО МГМТ)

Протокол №1 от «29»августа 2014 г.

Тематический план внеаудиторной самостоятельной работы.

Введение.

1. Вид самостоятельной работы.

 Подготовить презентации по темам:

1) «Косвенные методы исследования атмосферы»

2) «Ученые, внесшие большой вклад в развитие метеорологии».

Цель:углубить и расширить теоретические знания данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методы контроля: просмотр презентаций.

Литература и интернет-ресурсы.

1.Ежемесячный журнал «Метеорология и гидрология» - М.: Изд-во «Метеорология и гидрология».

2.Волынцева О.И., Смирнова А.А. Анализ и прогноз погоды с помощью ГИС Метео – Москва, 2005.

Методические рекомендации:

1. К косвенным методам относятся наблюдения, на основании которых получают сведения о непосредственно не наблюдаемых характеристиках. Например, по результатам наблюдений за полярным сиянием определяют газовый состав воздуха в высоких слоях атмосферы, по данным наблюдений за движением облаков получают сведения о ветре на высотах и т.д.

2. Большую роль в развитие метеорологии сыграл великий русский ученый М.В. Ломоносов)1711-1765 гг). В середине 18 века он изобрел и построил ряд метеорологических приборов, в т.ч. анемометр ( прибор для измерения скорости ветра) и морской барометр. Разработал схему образования грозы, указал на важность умения предсказывать погоду.

    Г.И. Вильд создал В России четко и хорошо действующую метеорологическую службу, лучшую по тому времени в мире; ему принадлежат конструкции целого ряда метеорологических приборов. Флюгер Вильда применяется и до сих пор.

    Д.И. Менделеев провел ряд исследований атмосферы и не раз поднимался на воздушном шаре для того, чтобы определить состав воздуха в верхних слоях.

   В 1930 г. В СССР был запущен первый в мире радиозонд , сконструированный профессором А.П. Молчановым.

   Изучение гидрометеорологического режима Северного Ледовитого океана занимались такие ученые как академик О.Ю.Шмидт, профессор В.Ю.Визе, профессор Р.Л.Самойлович и другие.

   Профессор Б.П. Мультановский разработал метод долгосрочного прогноза погоды.

Профессор В.Н. Оболенский в начале 30-х годов приступил к решению задачи искусственного вызывания дождя.

А.А. Фридман и его последователи сделали первые шаги на пути к разработке практически применимых методов численного прогноза погоды.

   Была проведена большая работа по подготовке климатического справочника СССР под руководством профессора Е.С.. Рубинштейн.

Критерии оценивания:выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема1: Состав и строение атмосферы.

1. Вид практической работы: Составить таблицу вертикального расслоения атмосферы.

Цель: систематизация и закрепление полученных теоретических знаний. Составить таблицу вертикального строения атмосферы по следующей форме:

Примечание: названия переходных слоев нужно писать между двумя основными.

Метод контроля: проверка выполнения самостоятельной работы.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

2. Вид самостоятельной работы:

Подготовить реферат по теме: «Загрязнение атмосферного воздуха».

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации

Методы контроля:заслушивание реферата.

Методические рекомендации:

Охрана окружающего атмосферного воздуха- одно из важных приоритетных направлений защиты окружающей среды, обеспечивающих снижение риска для здоровья населения.

  Источники загрязнения воздуха, как правило, природного или антропогенного происхождения. В естественных условиях природные источники в атмосферу поставляют в основном, аэрозоли – до 1,3 млрд. тонн в год.

   Основными природными источниками загрязняющих газовых компонентов являются действующие вулканы,лесные, степные, торфяные, пожары, пары ртути, радон, аммиак, сероводород, оксид азота и др.

  За счет природных источников загрязнение атмосферы происходит медленно.

   Об отрицательном влиянии антропогенных факторов известно давно.

   Человек вторгся в сбалансированныебиотойестественные потоки веществ в атмосферу, резко увеличив выбросы в нее ряда веществ, но не обеспечив их вывод из атмосферы.

   Ежегодно во всем мире в атмосферу выбрасывается более 400 млн. т. Четырех основных загрязнителей: сернистый ангидрид, оксиды азота, оксид углерода и пыль, а также прочие вещества.

   Сернистый ангидрид – Разрушающее вещество, высокие концентрации которого приводят к возникновению острых респираторных заболеваний.

   В сочетании с высоким уровнем воздействия твердых частиц, он приводит к повышенным уровням смертности, наблюдаемой во время сильного смога.

   Основной вред здоровью от окислов азота в том, что они участвуют в образовании фотохимического смога и озона, вызывающих ухудшение здоровья людей с заболеваниями сердца и страдающих астмой.

  Высокие уровни выбросов оксидов серы и азота приводят к « кислотным дождям», во время которых происходит смешение вредных веществ с водой, которая быстро проникает в почву, грунтовые воды, реки, озера.

  По количеству выбросов в атмосферу на единицу площади субъекта федерации, первое место занимает г.Москва – 131,3 т/км2, далее Санкт- Петербург – 47,5 т/км2, Липецкая область – 14,8 т/км2, Челябинская область – 10,9 т/км2.

   Требуется немедленное и комплексное решение проблемы загрязнения атмосферного воздуха.

Литература и Интернет-ресурсы:

1. Бюллетень Всемирной Метеорологической Организации (ВМО).
2. http://meteoinfo.ru/  - Гидрометеорологический научно-исследоватеский Центр РФ (Гидрометцентр России);

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема 2: Солнечная радиация

1. Вид практической работы: решение задач на расчет потоков различных видов солнечной радиации.

Метод контроля: проверка выполнения задания

Методические рекомендации:

1. Вычислить интенсивность потока прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность. Поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность вычисляется по формуле S=S*sinhʘ, где S’- поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность , S- поток прямой солнечной радиации на перпендикулярную поверхность, hʘ-высота солнца.
2. Определить ослабление солнечной радиации в атмосфере.

Общее ослабление прямой солнечной радиации в атмосфере выражается формулой Буге-Ламберта S=So*pm, где S-поток солнечной радиации, достигающей Земли, So- поток солнечной радиации на верхней границе атмосферы (солнечная постоянная), р-коэффициент прозрачности атмосферы, m- масса атмосферы (m=)

3. Определить величину альбедо различных поверхностей, которая вычисляется по формуле А= *100%, где А-величина альбедо, выраженная в процентах, Rk– поток отраженной радиации, Q –суммарная радиация.
4. Вычислить величину радиационного баланса деятельной поверхности, которая выражается соотношением B=(S’+D)*(1-A)-Eэф., где (S’+D)*(1-A)- поглощенная часть суммарной радиации, Eэф – эффективное излучение.

Баланс коротковолновой радиации характеризуется соотношением

Вд=В+Rk-Q, где Вд-баланс длинноволновой радиации, В-радиационный баланс деятельной поверхности, Rk-отраженная радиация, Q- суммарная радиация.

Литература и Интернет-ресурсы:

1. http://arc.iki.rssi.ru/  - Институт космических исследований (ИКИ РАН);
2. Гарбух С., Гершен В. Космические системы дистанционного зондирования Земли. – Москва, 1997.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

2. Вид самостоятельной работы: построение и анализ графиков годового хода прямой солнечной радиации.

Методические рекомендации:

          На листе миллиметровой бумаги провести оси координат. На оси абсцисс отложить месяцы года, на оси ординат-значения солнечной радиации (кВт/м2). Масштаб выбрать произвольно. По исходным данным нанести ( поставить точки) значения потока солнечной радиации для различных пунктов, соединить точки плавными линиями (желательно разным цветом для радиации Якутска, Павловска и Ташкента).

  Озаглавить график: «Годовой ход максимальных значений потока солнечной радиации для различных пунктов». Проанализировать графики и объяснить особенности годового хода потока радиации.

         Метод контроля:  проверка выполнения задания.

Литература и Интернет-ресурсы:

1. http://arc.iki.rssi.ru/  - Институт космических исследований (ИКИ РАН);
2. Гарбух С., Гершен В. Космические системы дистанционного зондирования Земли. – Москва, 1997.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

3.  Вид самостоятельной работы: подготовить рефераты по теме: «Альтернативные источники энергии».

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данным темам путем поиска дополнительной информации.

Метод контроля: Заслушивание реферата

Методические рекомендации:

“Истинная и законная цель всех наук состоит в том, чтобы наделять жизнь человеческую новыми изобретениями и богатством”

Ф. Бекон

После активного наступления на леса человек вынужден был приступить к сжиганию каменного угля. Научились добывать уголь из глубоких автоматизированных шахт и громадных карьеров – разрезов, уменьшили расходы на транспортировку (а она составляет 40% стоимости угла)

   Особенно перспективна газификация угля. Новыми методами газификации сокращены выбросы окислов азота; кроме того, они позволяют извлекать из угля до 90% серы, а путем ожижения угля перед подачей в печь можно получать важные синтетические продукты, серу, сажу и “синтетический уголь”, с теплотворной способностью высшей, чем у исходного природного угля.

   С нефтью и горючим газом человек знаком давно. Известно, что на долю стран Ближнего и Среднего Востока приходится (в %) 61,6 мировых запасов нефти, на долю США – 7,8, а это мало для страны, где нефти потребляются на 35% больше, чем добывается.

   Природный газ – неизменный спутник нефти. В настоящее время природный газ используется как топливо и в меньшей степени как химическое сырье, но из него можно получать белковые продукты питания.

   Погоня за нефтью привела к бурному развитию буровой техники, возросли скорости и глубина бурения. Достаточно сложная проблема- хранение нефти. В США под хранилища приспосабливают соляные купола побережья Мексиканского залива. Создаются гигантские пещеры в скальных породах, рассчитанные на хранение миллионов тонн нефти. В толщах многолетней мерзлоты природа создала самые надежные хранилища природного газа. Но следует помнить, что какими бы ни были запасы нефти и газа, они когда-либо закончатся.

    Энергетики мира высоко оценивают водород как заменитель жидкого, газообразного и твердого топлива. Запасы водорода огромны, газ нетоксичен, транспортабелен. В настоящее время водород получают из природного газа, можно получить в процессе разложения воды: электролизом, термохимическим разложением, фотосинтезом ( облучением воды ультрафиолетовыми лучами) и др.

   Известно, что температура земных недр с глубиной возрастает на 30С на каждые 100 м. В областях активного вулканизма “нормальная” температура недр на глубине 2-3 км уже равна 400-6000С, а в зоне активных разломов и в очагах магмы свыше 10000С.

    Используется тепло термальных источников. В различных районах планеты на геотермальных станциях (ГеоТЭС) производится свыше 700 мегаватт энергии. За счет этого снижается и стоимость электроэнергии.

    Известно много районов с геотермальными водами, которые можно использовать для отопления, производства электроэнергии.

   В самых различных направлениях используется солнечная энергия: гелио аккумуляторы для обогревания домов, парники в сельском хозяйстве, гелио станции для выработки электроэнергии, космические солнечные энергетические системы (КСЭС) и др.

Ветровые установки давно вырабатывают электричество.

    Работают приливные электростанции в местах особо высоких приливов.

   Двадцатый век называют атомным. С 1954г с пуском первой в мире Обнинской атомной электростанции (АЭС) атомная энергия стала использоваться в мирных целях.

Метод контроля: Заслушивание рефератов.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема 3. Тепловой режим почвы и атмосферы

1. Вид практической работы: построение и анализ графика термоизоплет почвы.

Цель:приобрести навыки построения и анализа графика термоизоплет почвы.

 Методические рекомендации:

  На листе миллиметровой бумаги провести оси координат и выбрать масштаб в зависимости от размера бумаги. На горизонтальной оси от начала координат вправо отметить январь и дальше остальные одиннадцать месяцев. На вертикальной оси отложить глубины, значения которых возрастают сверху вниз. Последнее значение глубинны не должно совпадать с осью абсцисс. В точках пересечения соответствующего значения глубины и месяца проставить значения исходной температуры. Провести термоизоплеты через каждые 40. Для нахождения точек с необходимой температурой соединяются плавными кривыми линиями (сначала карандашом) и подписываются на концах. По заданию преподавателя они могут быть обведены тушью одного цвета или разными цветами в зависимости от знака температуры. Озаглавить график “Термоизоплеты почвы” и проанализировать его.

Ответить на контрольные вопросы:

1. На сколько градусов уменьшается амплитуда температуры почвы на глубинах 0,20; 0,80; 1,6 и 3,2 м по сравнению с поверхностью?
2. Насколько запаздывает время наступления максимумов и минимумов температур на этих почвах по сравнению с поверхностью?
3. Каково распределение с глубиной температуры почвы в апреле?
4. В чем особенность вертикального распределения температуры почвы осенью?

Метод контроля:  проверка выполнения задания.

Литература:

1. В.К. Моргунов Основы метеорологии, климатологии, метеорологические приборы и методы наблюдений. Ростов-на-Дону: Феникс,2005.
2. И.И. Гуральник, Г.И. Дубинский, В.В. Ларин, В.В., Мамиконова С.В. Метеорология – Л: Гидро-метеоиздат,1982г.
3. 2.        И.И. Гуральник, В.В. Ларин, Мамиконова С.В. Сборник задач и упражнений по метеорологии-Л: Гидрометеоиздат, 1983.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

2. Вид практической работы: построение графиков суточного и годового хода температуры поверхности почвы и водоемов.

3. Цель: приобрести навыки построения и анализа графиков суточного и годового хода температуры поверхности почвы и водоемов.

 Методические рекомендации:

Тема 4. Водяной пар в атмосфере и его конденсация.

1. Вид самостоятельной работы: Решение задач на вычисление характеристик влажности воздуха и величины испарения.

Цель: приобрести умения решения задач на вычисление характеристик влажности и величины испарения

Методические рекомендации:

   При изучении данной темы следует понять сущность давления насыщенного водяного пара, зависимость его величины от температуры, агрегатного состояния испаряющей жидкости, кривизны испаряющей поверхности.

   Парциальное давление водяного пара вычисляется по психрометрической формуле е=Е’ – АР(t-t’), где е-парциальное давление водяного пара, гПа; Е’- давление насыщенного водяного пара при температуре испаряющей поверхности; А- психрометрический коэффициент – А=0,0007947; Р- атмосферное давление, гПа; t- температура воздуха ( исправленный отсчет по сухому термометру); t’- температура смоченного термометра.

   Нужно знать величины, характеризующие влажность воздуха; в каких единицах выражены метеорологические элементы, входящие в формулы. Следует хорошо знать связь между величинами, характеризующими влажность воздуха. Эту связь поясним на примере.

Пример: Температура воздуха 20,00С, парциальное давление водяного пара 16,0 гПа, атмосферное давление 1000 гПа. Определить абсолютную и относительную влажность воздуха, недостаток насыщения водяного пара, массовую долю водяного пара (удельную влажность) S  и точку росы.

Решение:

- абсолютная влажность воздуха

а=217    (здесь е- в гектопаскалях, Т-в кельвинах) или а=  (здесь е- в гектопаскалях, t- в градусах Цельсия , α- 1/273 или 0,0004)

а= =  = 11,9 г/м3

-относительная влажность воздуха

ƒ=*100 = *100 = 68%

 Величина Е выбирается по приложению 15 из “Сборника задач и упражнений по метеорологии” Л-д, 1983г.

- недостаток насыщения водяного пара d=Е-е=23,4-16,0=7,4 гПа.

-удельная влажность водяного пара S=  = = 9,9 г/кг   или   S=  = = 0,009г/кг

- точка росы Ʈ = 140

Точку росы определяют по величине парциального давления водяного пара е (приложение 15 из “Сборника задач и упражнений по метеорологии” Л-д, 1983г.) так как при насыщенном воздухе е=Е.

   При определении в приложении находят величину, близкую к е, а по этой величине из той же таблице выбирают температуру, которая и будет точкой росы.

Пример: определитьколичество испарившейся воды с поверхности водохранилища за июль, если средняя температура воздуха 18,50С, средняя относительная влажность 48% и средняя скорость ветра 3,2 м/с.

Решение:

Для расчета испарения с открытых водоемов применяется эмпирическая формула Мейера-Тихомирова.

   По среднемесячной температуре воздуха и среднемесячной относительной влажности определим парциальное давление водяного пара   е==  = 10,2 гПа.

   Величину е (гПа) и Е (гПа) переведем в мм.рт.ст. е= = 7,6 мм.рт.ст., Е =  = 16,0 мм.рт.ст.

   Теперь можно рассчитать испарение W=(Е-е)*(15+3u)= (16,0-7,6)*(15+3*3,2) = 206,6 мм.

Метод контроля: проверка выполнения задания

Критерии оценивания:выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема 5. Осадки.

1. Вид самостоятельной работы: Подготовить реферат по теме: ”Классификация облаков и связанных с ними осадков”

Цель:углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

Согласно международной классификации облака по высоте делятся на 4 семейства:

А. Семейство облаков верхнего яруса (выше 6 км).

Б. Семейство облаков среднего яруса (от 2 до 6 км).

В. Семейство облаков нижнего яруса (от земной поверхности до высоты 2 км).

Г. Семейство облаков вертикального развития (основания облаков располагаются на высоте облаков нижнего яруса, а вершины на высоте облаков среднего или верхнего яруса).

   В зависимости от внешнего вида все облака делятся на 10 форм (родов), а формы подразделяются на виды и разновидности.

   А. Семейство облаков верхнего яруса

1. Перистые – Cirrus (Ci)
2. Перисто-кучевые – Cirrocumulus (Cc)
3. Перисто-слоистые – Cirrostratus (Cs)

Б. Семейство облаков среднего яруса

4. Высоко – кучевые облака – Altocumulus (Ac)
5. Высоко – слоистые облака – Altostratus (As)
6. Слоисто – кучевые облака – Stratocumulus (Sc)
7. Слоистые облака – Stratus
8. Слоисто – дождевые облака – Nimbostratus (Ns)
9. Кучевые облака - Cumulus (Cu)
10. Кучево-дождевые облака – Cumulonimbus (Cb)

Капли воды и кристаллы льда, выпадающие из атмосферы на земную поверхность, называют атмосферными осадками. Количество осадков измеряют высотой слоя воды в мм, образовавшиеся в результате выпадения осадков на горизонтальную поверхность при отсутствии испарения, просачивания и стока, а также при условии, что осадки, выпавшие в твердом виде, полностью растаяли. Слой осадков 1 мм, выпавших на площадь 1 м2, соответствует массе воды в 1 кг.

   По физическим условиям образования и по характеру выпадения различают осадки обложные, ливневые и моросящие.

1. Обложные осадки выпадают обычно из системы фронтальных слоисто-дождевых (Ns) и высоко-слоистых облаков (As), иногда из слоисто-кучевых (Sc). Характеризуются умеренной, мало меняющейся интенсивностью, охватывают большие площади, продолжаются несколько часов и даже десятков часов.
2. Ливневые осадки выпадают из кучево-дождевых облаков (Cb). Отличаются внезапностью начала и конца выпадения, резкими колебаниями интенсивности и малой продолжительностью. Обычно охватывают небольшую площадь. Летом выпадает крупнокапельный дождь, иногда вместе с градом. Летние ливневые осадки часто сопутствуют грозы. Зимой ливневым бывает снегопад, состоящий из крупных хлопьев снега.
3. Моросящие осадки выпадают из слоистых и изредка из слоисто-кучевых облаков (Sc). Это может быть морось, мельчайшие снежинки или снежные зерна. Интенсивность моросящих осадков очень мала.

Методы контроля: заслушивание реферата.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема 6. Атмосферное давление и плотность воздуха.

1. Вид самостоятельной работы: подготовка сообщений по темам:

- Применение барометрической формулы Лапласа.

- Суточный и годовой ход атмосферного давления.

Цель:углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

На практике с помощью барометрической формулы решаются следующие задачи.

1. Барометрическое нивелирование, т.е. определяют разность высот двух пунктов, в которых измерены температура воздуха и давление. Это нивелирование менее точно, чем геодезическое, но намного проще. Проводят барометрическое нивелирование в горных районах, также при аэрологическом зондировании атмосферы.
2. Вычисление распределения давления по высоте, т.е. вычисляется давление Р2 на высоте h2, если известно давление Р1 на высоте h1, и средняя температура t рассматриваемого слоя атмосферы.
3. Приведение давления к уровню моря. Зная давление и температуру на высоте h2 над уровнем моря, нужно найти давление Р0 на уровне  моря, т.е. при h1 = 0. Приведение давления к уровню моря производится на всех метеорологических станциях, посылающих синоптические телеграммы. Чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, на синоптические карты наносятся давление, приведенное к уровню моря.
4. Определение средней температуры слоя t по известной разности уровней h2и h1, и давлению Р2 и Р1 на этих уровнях.

- Суточный и годовой ход атмосферного давления.

колебания давления обусловлены как термическим, так и динамическими причинами.

   Неравномерное нагревание или охлаждение земной поверхности приводит к изменению давления над различными ее участками. Вторжение теплых или холодных воздушных масс на данную территорию также вызывает изменение давления. Если теплые, т.е. более легкие, массы заменяются холодными, т.е. более тяжелыми, то давление растет, в противном случае давление падает.

   Суточный ход давления: обнаруживается 2 максимума и 2 минимума. Максимумы-около 10 и 22 ч. По местному времени, минимумы- около 4 и 16 ч.

   В тропических широтах амплитуда колебаний давления составляет 3-4 гПа, в умеренных широтах амплитуда равна ≈ 0,3-0,6 гПа.

   Годовой ход давления.

  Выделяют 3 основных типа годового хода давления:

1. Континентальный тип – максимум зимой и минимум летом. Сильнее всего этот тип выражен в средних широтах над большими материками, особенно над Азией. На берегах океанов они уменьшаются. Например, над Европейской территорией России амплитуда годового хода давления составляет 8-12 гПа, а в Сибири достигает 25-30 гПа.
2. Океанический тип – максимум летом и минимум зимой. Амплитуда достигает 20 гПа.
3. Полярный и субполярный типы с максимумом в апреле-мае, минимум – в январе-феврале. Амплитуда составляет примерно 5-12 гПа.

Методы контроля: заслушивание сообщений.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Литература и Интернет-ресурсы.

1.  Ежемесячный журнал «Метеорология и гидрология» - М.: Изд-во «Метеорология и гидрология».

2. Волынцов О.И., Смирнова А.А. Анализ и прогноз погоды с помощью ГИС Метео – Москва, 2005.

3. В.К. Моргунов Основы метеорологии, климатологии, метеорологические приборы и методы наблюдений. Ростов-на-Дону: Феникс,2005.

Тема 7. Воздушные течения в атмосфере.

1. Вид самостоятельной работы: подготовить реферат по теме “Энергия ветра и ее использование”

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

   В далекие времена появился парус и парусные суда, которые на протяжении столетий помогали людям плавать по морям, озерам и рекам, при этом была применена схема давления ветра.

  В глубокой древности, несколько тысячелетий назад, в Китае и Японии использовались примитивные ветряные двигатели. Остатки древних ветряных мельниц встречаются в Египте.

   Первые ветродвигатели в Европе появились в 718 году в Богемии для водоснабжения и перекачки воды на поля.

   Большое распространение ветреные мельницы и ветронасосные установки получили в Голландии. Только при помощи ветродвигателей маленькая Голландия успешно боролась с наступающим морем и отвоевала у него значительную часть суши.

   Великий русский ученый “отец русской авиации”, профессор Н.Е.Жуковский создал теоретические основы самолета и ветродвигателя. Но труды Н. Е.Жуковского нашли применение лишь при Советской власти, когда по его инициативе в 1918 году был организован в Москве центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), в котором разработаны и осуществлены в экспериментальных образцах первые отечественные конструкции самолетов и быстроходных ветродвигателей.

   Современные ветродвигатели являются вполне совершенными механизмами, применение которых имеет ряд преимуществ перед двигателями других типов.

   Опыт эксплуатации нескольких десятков быстроходных ветроэлектрических станций в хозяйствах Крайнего Севера показал, что за ряд лет ветроэлектростанции выработали до 97% всей потребной энергии, и только 3% пришлось на долю резервных тепловых двигателей, которые пускались в работу лишь при ремонтах ветродвигателей. Работа ветродвигателей в этих хозяйствах дала большую экономию и сократила завоз горючего.

   До 75% необходимой энергии для механизации водоснабжения в сельском хозяйстве может быть получено за счет использования энергии ветра при помощь современных ветронасосных установок.

   К. А. Тимирязев придавал большое значение ветродвигателям в борьбе с засухой.

   На базе мелких ветроэлектрических установок работают современные дрейфующие автоматические метеостанции, которые по нескольку месяцев находятся без какого –либо наблюдения и ухода в жестоких полярных условиях.

Методы контроля: заслушивание реферата.

3. Вид самостоятельной работы: построение и анализ розы ветров по индивидуальным заданиям

Цель: приобрести навыки построения и анализа разы ветров.

Методические рекомендации:

   Роза ветров строится для наглядного представления о режиме ветра. Для этого по многолетним данным рассчитывается повторяемость ветра для различных румбов (обычно для восьми), т.е. вычисляется, сколько раз повторялось то или иное направление ветра за определенный период времени. Получение величины выражают в % от общего числа случаев наблюдений.

   Для построения розы ветров из центральной точки откладывают по направлению основных румбов отрезки, соответствующие повторяемость ветра данного направления, и концы отрезков соединяют прямыми линиями.

   Многолетние данные повторяемости % направления ветра в январе и июле по ст. Алма-Ата.

 1см - 4%

                                                               С

                          СЗ                                                              СВ

              З                                                                                                       В

                     ЮЗ                                                                                 ЮВ

                                                               Ю

Роза ветров для января

По ст. Алма-Ата.

Руководствуясь “Сборникам задач, и упражнений по метеорологии” на миллиметровке построить розу ветров для июля по ст. Алма-Ата (№9,30).

Метод контроля: проверка выполнения задания

Тема 8. Оптические и электрические явления в атмосфере.

1. Вид самостоятельной работы: подготовить реферат по темам:

-“Грозовые разряды и молнии. Методы защиты от молний”.

Цель:углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

   Внутри облака создаются большие объемные заряды и вследствие этого на земной поверхности под облаком наводится заряд противоположного знака, что приводит к созданию сильных электрических полей как внутри облака, таки между облаком и землей. Напряженность поля в облаке тем больше, чем больше эти заряды и чем меньше расстояние между ними.

   В грозовых облаках и в окружающем их пространстве напряженность поля достигает нескольких тысяч В/м.

   При определенных условиях появляется гигантская электрическая искра между отдельными частями облака или между облаком и поверхностью земли.

   Молнии, т.е. электрические разряды в облаках или между облаками и землей, могут возникать только в достаточно мощных облаках (не менее 4-5 км).

   Молнии могут быть причиной тяжелой травмы и гибели человека. От прямых ударов молнии здания защищают молниеотводы.

   Во время грозы нельзя:

-укрываться возле одиноких деревьев или под деревьями;

-прислоняться к скалам и отвесным стенам;

-останавливаться на опушках леса, полянах, возвышенностях;

-идти или останавливаться рядом с водой, с водоемами;

-находиться вблизи костра;

-бежать через открытое место;

-передвигаться плотной группой;

-находиться в мокрой одежде;

-подходить близко к молниеотводам, антеннам, электропроводке;

-пользоваться телефоном, телевизором, радио и электроприборами (лучше отключить их)

- держать открытыми окна и форточки, подходить к окну.

Метод контроля: заслушивание реферата.

2. Вид самостоятельной работы. Подготовить презентации по темам:

- «Полярные сияния, их виды, условия образования »;

- «Шаровые молнии. Методы защиты от шаровых молний»;

- «Миражи, радуга, гало – оптические явления в атмосфере».

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации

Методы контроля: просмотр презентаций.

Лист контроля выполнения ВСР

Группа_____________________________________________

ГБОУ СПО МО «МОСКОВСКИЙ  ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ

ТЕХНИКУМ»

Методические рекомендации к внеаудиторной самостоятельной работе студентов по дисциплине

 «Метеорология»

по специальности 210422 Радиотехнические информационные системы

г. Железнодорожный

2014-2015уч.г.

Методические рекомендации к внеаудиторной самостоятельной работе студентов по  учебной дисциплинеразработаны на основе Федерального государственного образовательного стандарта и действующей рабочей программы по специальности(ям) среднего профессионального образования

210422 –«Радиотехнические информационные системы».

Организация-разработчик:

ГБОУ СПО «Московский гидрометеорологический техникум»

Разработчики:

Пишняк. Е.Н.– преподаватель ГБОУСПО «Московский гидрометеорологический техникум»

Рассмотрена и одобрена на заседании предметной цикловой комиссии метеорологических и экологических дисциплин

протокол № 1 от «29» августа 2014 г.

Председатель ПЦК: ___________ Т.Н.Степахина

Рекомендована Методическим  советом Государственного образовательного учреждения среднего профессионального образования Московской области «Московский гидрометеорологический техникум» (ГБОУ СПО МО МГМТ)

Протокол №1 от «29»августа 2014 г.

Тематический план внеаудиторной самостоятельной работы.

Введение.

1. Вид самостоятельной работы.

 Подготовить презентации по темам:

1) «Косвенные методы исследования атмосферы»

2) «Ученые, внесшие большой вклад в развитие метеорологии».

Цель:углубить и расширить теоретические знания данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методы контроля: просмотр презентаций.

Литература и интернет-ресурсы.

1.Ежемесячный журнал «Метеорология и гидрология» - М.: Изд-во «Метеорология и гидрология».

2.Волынцева О.И., Смирнова А.А. Анализ и прогноз погоды с помощью ГИС Метео – Москва, 2005.

Методические рекомендации:

1. К косвенным методам относятся наблюдения, на основании которых получают сведения о непосредственно не наблюдаемых характеристиках. Например, по результатам наблюдений за полярным сиянием определяют газовый состав воздуха в высоких слоях атмосферы, по данным наблюдений за движением облаков получают сведения о ветре на высотах и т.д.

2. Большую роль в развитие метеорологии сыграл великий русский ученый М.В. Ломоносов)1711-1765 гг). В середине 18 века он изобрел и построил ряд метеорологических приборов, в т.ч. анемометр ( прибор для измерения скорости ветра) и морской барометр. Разработал схему образования грозы, указал на важность умения предсказывать погоду.

    Г.И. Вильд создал В России четко и хорошо действующую метеорологическую службу, лучшую по тому времени в мире; ему принадлежат конструкции целого ряда метеорологических приборов. Флюгер Вильда применяется и до сих пор.

    Д.И. Менделеев провел ряд исследований атмосферы и не раз поднимался на воздушном шаре для того, чтобы определить состав воздуха в верхних слоях.

   В 1930 г. В СССР был запущен первый в мире радиозонд , сконструированный профессором А.П. Молчановым.

   Изучение гидрометеорологического режима Северного Ледовитого океана занимались такие ученые как академик О.Ю.Шмидт, профессор В.Ю.Визе, профессор Р.Л.Самойлович и другие.

   Профессор Б.П. Мультановский разработал метод долгосрочного прогноза погоды.

Профессор В.Н. Оболенский в начале 30-х годов приступил к решению задачи искусственного вызывания дождя.

А.А. Фридман и его последователи сделали первые шаги на пути к разработке практически применимых методов численного прогноза погоды.

   Была проведена большая работа по подготовке климатического справочника СССР под руководством профессора Е.С.. Рубинштейн.

Критерии оценивания:выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

2. Вид самостоятельной работы.

Подготовить реферат по теме: « Задачи и структура Всемирной метеорологической организации».

Цель:углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методы контроля: заслушивание реферата.

Литература и интернет-ресурсы.

1.Бюллетень Всемирной Метеорологической Организации (ВМО).

Методические рекомендации:

ВМО -  это основа международного сотрудничества гидрометеорологических служб Всемирной службы погоды направленного на решение главной задачи- обеспечение оперативно- прогностических органов различных стран гидрометеорологической информацией в масштабах всего земного шара. Сотрудничество осуществляется на базе кооперации и объединения усилий практически всех стран мира с целью с использованием новейших достижений науки и техники единой системы получения, сбора, обработки и обмена погодно-климатической и другими видами информации о состоянии природной среды, а также реализации совместных крупномасштабных программ по исследованию прогнозообразующих процессов. Все это делается в интересах дальнейшего совершенствования гидрометеорологических прогнозов, повышение эффективности обеспечения оперативно-прогностической и режимно- справочной гидромет. информацией населения. Различных стран и их экономики.

   Такое сотрудничество позволяет странам во много раз увеличить объем исходной гидромет. информации, необходимой для улучшения прогностической и научно- исследовательской деятельности, и, прежде всего, для заблаговременного предупреждения о возможных опасных стихийных явлениях, снижения ущерба, причиняемого ими и другими неблагоприятными гидромет. условиями.

Критерии оценивания:выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема1: Состав и строение атмосферы.

1. Вид самостоятельной работы: Составить таблицу вертикального расслоения атмосферы.

Цель: систематизация и закрепление полученных теоретических знаний. Составить таблицу вертикального строения атмосферы по следующей форме:

Примечание: названия переходных слоев нужно писать между двумя основными.

Метод контроля: проверка выполнения самостоятельной работы.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

1.2.  Вид самостоятельной работы: подготовить презентацию по теме «Ионосферные слои и влияние ионосферы на радиосвязь».

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации

Методы контроля: просмотр презентаций.

Методические рекомендации:

Основным ионизатором верхней атмосферы (выше 40 км.) служат ультрафиолетовая радиация и рентгеновские лучи (электромагнитные излучения) Солнца. Концентрация ионов и электронов распределения по высоте неравномерно.

Ионосфера начинается на высотах, где появляются заряженные частицы: 50-60 км днем и 80-85 км ночью. С увеличением высоты концентрация заряженных частиц быстро возрастает и на высотах 250-400 км. Достигает максимума. Это-главный максимум области F.

  Самая низкая область нижней ионосферы – область Д – существует только днем от высоты 50-60 до 80-85 км. С наступлением темноты она быстро исчезает.

   Выше области Д (90-120км) находится устойчивая область Е.

   В ионосфере постоянно происходят изменения ее характеристик. При вторжении в атмосферу мощных потоков заряженных частиц во время хромосферных извержений на Солнце возникают ионосферные бури, сопровождающиеся магнитными бурями. Во время этих бурь из-за изменения отражающих свойств ионосферы нарушается радиосвязь.

Литература и Интернет-ресурсы:

1. http://arc.iki.rssi.ru/  - Институт космических исследований (ИКИ РАН);
2. Справочник потребителя спутниковой информации. Под ред. В.В. Асмуса, О.Е. Милехина. – СПб.:Гидрометеоиздат, 2005.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

3. Вид самостоятельной работы:

Подготовить реферат по теме: «Загрязнение атмосферного воздуха».

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации

Методы контроля:заслушивание реферата.

Методические рекомендации:

Охрана окружающего атмосферного воздуха- одно из важных приоритетных направлений защиты окружающей среды, обеспечивающих снижение риска для здоровья населения.

  Источники загрязнения воздуха, как правило, природного или антропогенного происхождения. В естественных условиях природные источники в атмосферу поставляют в основном, аэрозоли – до 1,3 млрд. тонн в год.

   Основными природными источниками загрязняющих газовых компонентов являются действующие вулканы,лесные, степные, торфяные, пожары, пары ртути, радон, аммиак, сероводород, оксид азота и др.

  За счет природных источников загрязнение атмосферы происходит медленно.

   Об отрицательном влиянии антропогенных факторов известно давно.

   Человек вторгся в сбалансированныебиотойестественные потоки веществ в атмосферу, резко увеличив выбросы в нее ряда веществ, но не обеспечив их вывод из атмосферы.

   Ежегодно во всем мире в атмосферу выбрасывается более 400 млн. т. Четырех основных загрязнителей: сернистый ангидрид, оксиды азота, оксид углерода и пыль, а также прочие вещества.

   Сернистый ангидрид – Разрушающее вещество, высокие концентрации которого приводят к возникновению острых респираторных заболеваний.

   В сочетании с высоким уровнем воздействия твердых частиц, он приводит к повышенным уровням смертности, наблюдаемой во время сильного смога.

   Основной вред здоровью от окислов азота в том, что они участвуют в образовании фотохимического смога и озона, вызывающих ухудшение здоровья людей с заболеваниями сердца и страдающих астмой.

  Высокие уровни выбросов оксидов серы и азота приводят к « кислотным дождям», во время которых происходит смешение вредных веществ с водой, которая быстро проникает в почву, грунтовые воды, реки, озера.

  По количеству выбросов в атмосферу на единицу площади субъекта федерации, первое место занимает г.Москва – 131,3 т/км2, далее Санкт- Петербург – 47,5 т/км2, Липецкая область – 14,8 т/км2, Челябинская область – 10,9 т/км2.

   Требуется немедленное и комплексное решение проблемы загрязнения атмосферного воздуха.

Литература и Интернет-ресурсы:

1. Бюллетень Всемирной Метеорологической Организации (ВМО).
2. http://meteoinfo.ru/  - Гидрометеорологический научно-исследоватеский Центр РФ (Гидрометцентр России);

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

1.4. Вид самостоятельной работы: подготовить реферат по теме «Озон в атмосфере и его значение».

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации

Методы контроля: заслушивание реферата.

Методические рекомендации:

Озон О3 играет важную роль в физических процессах, происходящих в верхних слоях (стратосфере и мезосфере). Основное количество озона сосредоточено в слое 20-55 км. Приведенная толщина слоя озона колеблется от 1 до 6 мм.

  Озон сильно поглощает ультрафиолетовую радиацию Солнца, поэтому на высотах 45-50 км температура воздуха возрастает до значений близких к нулю.

   Ультрафиолетовые лучи обладают высокой биологической активностью: они убивают бактерии многих видов, вызывают загар и даже ожоги кожи человека, содействуют образованию в организме витамина Д, способствующего росту и предупреждающего рахит. Но известны и вредные последствия неумеренного загара.

   В атмосфере одновременно происходят процессы образования и разрушения озона.

  Содержание озона связано с типами воздушных масс: для масс арктических характерны повышенные значения озона, для масс тропических-понижение.

   Вредные для человека концентрации озона на высотах более 10 км следует учитывать в современной и будущей авиации.

Литература и Интернет-ресурсы:

1. http://www.igce.comcor.ru/  - Институт глобального климата и экологии федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и российской академии наук (ИГКЭ).
2. Ежемесячный журнал «Метеорология и гидрология» - М.: Изд-во «Метеорология и гидрология».

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема 2: Солнечная радиация

1. Вид самостоятельной работы: решение задач на расчет потоков различных видов солнечной радиации.

Метод контроля: проверка выполнения задания

Методические рекомендации:

1. Вычислить интенсивность потока прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность. Поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность вычисляется по формуле S=S*sinhʘ, где S’- поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность , S- поток прямой солнечной радиации на перпендикулярную поверхность, hʘ-высота солнца.
2. Определить ослабление солнечной радиации в атмосфере.

Общее ослабление прямой солнечной радиации в атмосфере выражается формулой Буге-Ламберта S=So*pm, где S-поток солнечной радиации, достигающей Земли, So- поток солнечной радиации на верхней границе атмосферы (солнечная постоянная), р-коэффициент прозрачности атмосферы, m- масса атмосферы (m=)

3. Определить величину альбедо различных поверхностей, которая вычисляется по формуле А= *100%, где А-величина альбедо, выраженная в процентах, Rk– поток отраженной радиации, Q –суммарная радиация.
4. Вычислить величину радиационного баланса деятельной поверхности, которая выражается соотношением B=(S’+D)*(1-A)-Eэф., где (S’+D)*(1-A)- поглощенная часть суммарной радиации, Eэф – эффективное излучение.

Баланс коротковолновой радиации характеризуется соотношением

Вд=В+Rk-Q, где Вд-баланс длинноволновой радиации, В-радиационный баланс деятельной поверхности, Rk-отраженная радиация, Q- суммарная радиация.

Литература и Интернет-ресурсы:

1. http://arc.iki.rssi.ru/  - Институт космических исследований (ИКИ РАН);
2. Гарбух С., Гершен В. Космические системы дистанционного зондирования Земли. – Москва, 1997.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

2. Вид самостоятельной работы: построение и анализ графиков годового хода прямой солнечной радиации.

Методические рекомендации:

          На листе миллиметровой бумаги провести оси координат. На оси абсцисс отложить месяцы года, на оси ординат-значения солнечной радиации (кВт/м2). Масштаб выбрать произвольно. По исходным данным нанести ( поставить точки) значения потока солнечной радиации для различных пунктов, соединить точки плавными линиями (желательно разным цветом для радиации Якутска, Павловска и Ташкента).

  Озаглавить график: «Годовой ход максимальных значений потока солнечной радиации для различных пунктов». Проанализировать графики и объяснить особенности годового хода потока радиации.

         Метод контроля:  проверка выполнения задания.

Литература и Интернет-ресурсы:

1. http://arc.iki.rssi.ru/  - Институт космических исследований (ИКИ РАН);
2. Гарбух С., Гершен В. Космические системы дистанционного зондирования Земли. – Москва, 1997.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

3.  Вид самостоятельной работы: подготовить рефераты по следующим темам: а) «Солнечная активность и ее влияние на жизнь на Земле».

 Б) «Альтернативные источники энергии».

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данным темам путем поиска дополнительной информации.

Метод контроля: Заслушивание рефератов

Методические рекомендации:

А) Солнечная активность и ее влияние на жизнь на Земле.

   Энергия, излучаемая Солнцем, называется солнечной радиацией. Поступая на Землю, солнечная радиация в большей своей части превращается в тепло.

   Практически солнечная радиация является единственным источником энергии для Земли и атмосфера.

   Солнце- основа возникновения и существования жизни на нашей планете, а так же причина большинства протекающих на ней физических и химических процессов.

    В недрах Солнца происходят сложные ядерные реакции, при которых выделяются огромное количество энергии.

    Газы, образующие Солнце, находятся в бурном движении, в результате чего в атмосфере Солнца все время образуются и исчезают световые ячейки радиусом около 1000 км- гранулы и факелы. Кроме того, на поверхности Солнца наблюдаются более темные образования, называемые солнечными пятнами. Количество солнечных вспышек, пятен периодически изменяется. Один раз примерно в 11 лет их число достигает максимума.

    В годы максимума солнечных пятен усиливаются излучение ультрафиолетовой радиации и интенсивности потоков испускаемых Солнцем частиц.

   В эти же периоды наблюдаются и резкие возмущения земного магнитного поля, нарушается радиосвязь, увеличивается повторяемость и яркость полярных сияний.

   С деятельностью Солнца связаны гриппозные эпидемии и эпидемии чумы, дифтерийные эпидемии и заболевания полиомиелитом, малярия и брюшной тиф.

    Так как астрономия обладает некоторыми средствами прогноза суточных и месячных колебаний солнечной деятельности , появится возможность своевременного принятия мер в те дни, когда особенно сильно повышается степень заболеваемости или количество смертных случаев.

   По рекомендациям естествоиспытателя А.Л. Чижевского необходимо будет оборудовать больничные палаты слоем металла для защиты больных людей от внешних радиаций и спасающих их жизнь.

   Больница, имеющая подобные налеты, должна быть связана с астрономической обсерваторией. По первому сигналу астрономы, следующей за солнечной активностью, больных будут помещать в палату, стены которой защищают их жизнь от вредоносных влияний космоса.

   Вероятно, наука ближайшего будущего попытается разрешить почетную задачу по спасению человека от угрожающей ему смерти.

Б) Альтернативные источники энергии.

“Истинная и законная цель всех наук состоит в том, чтобы наделять жизнь человеческую новыми изобретениями и богатством”

Ф. Бекон

После активного наступления на леса человек вынужден был приступить к сжиганию каменного угля. Научились добывать уголь из глубоких автоматизированных шахт и громадных карьеров – разрезов, уменьшили расходы на транспортировку (а она составляет 40% стоимости угла)

   Особенно перспективна газификация угля. Новыми методами газификации сокращены выбросы окислов азота; кроме того, они позволяют извлекать из угля до 90% серы, а путем ожижения угля перед подачей в печь можно получать важные синтетические продукты, серу, сажу и “синтетический уголь”, с теплотворной способностью высшей, чем у исходного природного угля.

   С нефтью и горючим газом человек знаком давно. Известно, что на долю стран Ближнего и Среднего Востока приходится (в %) 61,6 мировых запасов нефти, на долю США – 7,8, а это мало для страны, где нефти потребляются на 35% больше, чем добывается.

   Природный газ – неизменный спутник нефти. В настоящее время природный газ используется как топливо и в меньшей степени как химическое сырье, но из него можно получать белковые продукты питания.

   Погоня за нефтью привела к бурному развитию буровой техники, возросли скорости и глубина бурения. Достаточно сложная проблема- хранение нефти. В США под хранилища приспосабливают соляные купола побережья Мексиканского залива. Создаются гигантские пещеры в скальных породах, рассчитанные на хранение миллионов тонн нефти. В толщах многолетней мерзлоты природа создала самые надежные хранилища природного газа. Но следует помнить, что какими бы ни были запасы нефти и газа, они когда-либо закончатся.

    Энергетики мира высоко оценивают водород как заменитель жидкого, газообразного и твердого топлива. Запасы водорода огромны, газ нетоксичен, транспортабелен. В настоящее время водород получают из природного газа, можно получить в процессе разложения воды: электролизом, термохимическим разложением, фотосинтезом ( облучением воды ультрафиолетовыми лучами) и др.

   Известно, что температура земных недр с глубиной возрастает на 30С на каждые 100 м. В областях активного вулканизма “нормальная” температура недр на глубине 2-3 км уже равна 400-6000С, а в зоне активных разломов и в очагах магмы свыше 10000С.

    Используется тепло термальных источников. В различных районах планеты на геотермальных станциях (ГеоТЭС) производится свыше 700 мегаватт энергии. За счет этого снижается и стоимость электроэнергии.

    Известно много районов с геотермальными водами, которые можно использовать для отопления, производства электроэнергии.

   В самых различных направлениях используется солнечная энергия: гелио аккумуляторы для обогревания домов, парники в сельском хозяйстве, гелио станции для выработки электроэнергии, космические солнечные энергетические системы (КСЭС) и др.

Ветровые установки давно вырабатывают электричество.

    Работают приливные электростанции в местах особо высоких приливов.

   Двадцатый век называют атомным. С 1954г с пуском первой в мире Обнинской атомной электростанции (АЭС) атомная энергия стала использоваться в мирных целях.

Метод контроля: Заслушивание рефератов.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема 3. Тепловой режим почвы и атмосферы

1. Вид самостоятельной работы: построение и анализ графика термоизоплет почвы.

Цель:приобрести навыки построения и анализа графика термоизоплет почвы.

 Методические рекомендации:

  На листе миллиметровой бумаги провести оси координат и выбрать масштаб в зависимости от размера бумаги. На горизонтальной оси от начала координат вправо отметить январь и дальше остальные одиннадцать месяцев. На вертикальной оси отложить глубины, значения которых возрастают сверху вниз. Последнее значение глубинны не должно совпадать с осью абсцисс. В точках пересечения соответствующего значения глубины и месяца проставить значения исходной температуры. Провести термоизоплеты через каждые 40. Для нахождения точек с необходимой температурой соединяются плавными кривыми линиями (сначала карандашом) и подписываются на концах. По заданию преподавателя они могут быть обведены тушью одного цвета или разными цветами в зависимости от знака температуры. Озаглавить график “Термоизоплеты почвы” и проанализировать его.

Ответить на контрольные вопросы:

1. На сколько градусов уменьшается амплитуда температуры почвы на глубинах 0,20; 0,80; 1,6 и 3,2 м по сравнению с поверхностью?
2. Насколько запаздывает время наступления максимумов и минимумов температур на этих почвах по сравнению с поверхностью?
3. Каково распределение с глубиной температуры почвы в апреле?
4. В чем особенность вертикального распределения температуры почвы осенью?

Метод контроля:  проверка выполнения задания.

Литература:

1. В.К. Моргунов Основы метеорологии, климатологии, метеорологические приборы и методы наблюдений. Ростов-на-Дону: Феникс,2005.
2. И.И. Гуральник, Г.И. Дубинский, В.В. Ларин, В.В., Мамиконова С.В. Метеорология – Л: Гидро-метеоиздат,1982г.
3. 2.        И.И. Гуральник, В.В. Ларин, Мамиконова С.В. Сборник задач и упражнений по метеорологии-Л: Гидрометеоиздат, 1983.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

2. Вид самостоятельной работы:

      Подготовить реферат по теме: «Районы многолетней мерзлоты и особенности проживания в них.

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

В высоких и умеренных широтах есть обширные области, где слои почвы, лежащие на определенной глубине, остаются мерзлыми в течение многих лет, т.е. не оттаивают даже летом.

   Южная граница многолетнемерзлого грунта, в основном, совпадает с изотермой среднегодовой температуры воздуха -20С. Область, занятая таким грунтом, включает в себя Заполяра, а также большие площади Сибири.

   Многолетнемерзлый грунт залегает или непрерывным слоем, или в виде отдельных слоев перемежающихся со слоями талой почвы. Толщина его колеблется от 1-2 м до нескольких сотен метров. Например, в Якутии оно составляет более 145м, а в Забайкалье – около 70м.

   В зонах многолетнемерзлого грунта создаются большие затруднения для строительства и железнодорожного транспорта, где в результате деформации грунта происходит оседание и перекашивание зданий, железнодорожных путей и сооружений. Поэтому в этих зонах необходимо более тщательно проводить наблюдения за температурой почвы.

Методы контроля: заслушивание реферата.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

   Тема 4. Водяной пар в атмосфере и его конденсация.

1. Вид самостоятельной работы: Решение задач на вычисление характеристик влажности воздуха и величины испарения.

Цель: приобрести умения решения задач на вычисление характеристик влажности и величины испарения

Методические рекомендации:

   При изучении данной темы следует понять сущность давления насыщенного водяного пара, зависимость его величины от температуры, агрегатного состояния испаряющей жидкости, кривизны испаряющей поверхности.

   Парциальное давление водяного пара вычисляется по психрометрической формуле е=Е’ – АР(t-t’), где е-парциальное давление водяного пара, гПа; Е’- давление насыщенного водяного пара при температуре испаряющей поверхности; А- психрометрический коэффициент – А=0,0007947; Р- атмосферное давление, гПа; t- температура воздуха ( исправленный отсчет по сухому термометру); t’- температура смоченного термометра.

   Нужно знать величины, характеризующие влажность воздуха; в каких единицах выражены метеорологические элементы, входящие в формулы. Следует хорошо знать связь между величинами, характеризующими влажность воздуха. Эту связь поясним на примере.

Пример: Температура воздуха 20,00С, парциальное давление водяного пара 16,0 гПа, атмосферное давление 1000 гПа. Определить абсолютную и относительную влажность воздуха, недостаток насыщения водяного пара, массовую долю водяного пара (удельную влажность) S  и точку росы.

Решение:

- абсолютная влажность воздуха

а=217    (здесь е- в гектопаскалях, Т-в кельвинах) или а=  (здесь е- в гектопаскалях, t- в градусах Цельсия , α- 1/273 или 0,0004)

а= =  = 11,9 г/м3

-относительная влажность воздуха

ƒ=*100 = *100 = 68%

 Величина Е выбирается по приложению 15 из “Сборника задач и упражнений по метеорологии” Л-д, 1983г.

- недостаток насыщения водяного пара d=Е-е=23,4-16,0=7,4 гПа.

-удельная влажность водяного пара S=  = = 9,9 г/кг   или   S=  = = 0,009г/кг

- точка росы Ʈ = 140

Точку росы определяют по величине парциального давления водяного пара е (приложение 15 из “Сборника задач и упражнений по метеорологии” Л-д, 1983г.) так как при насыщенном воздухе е=Е.

   При определении в приложении находят величину, близкую к е, а по этой величине из той же таблице выбирают температуру, которая и будет точкой росы.

Пример: определитьколичество испарившейся воды с поверхности водохранилища за июль, если средняя температура воздуха 18,50С, средняя относительная влажность 48% и средняя скорость ветра 3,2 м/с.

Решение:

Для расчета испарения с открытых водоемов применяется эмпирическая формула Мейера-Тихомирова.

   По среднемесячной температуре воздуха и среднемесячной относительной влажности определим парциальное давление водяного пара   е==  = 10,2 гПа.

   Величину е (гПа) и Е (гПа) переведем в мм.рт.ст. е= = 7,6 мм.рт.ст., Е =  = 16,0 мм.рт.ст.

   Теперь можно рассчитать испарение W=(Е-е)*(15+3u)= (16,0-7,6)*(15+3*3,2) = 206,6 мм.

Метод контроля: проверка выполнения задания

Критерии оценивания:выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

2. Вид самостоятельной работы:

      Подготовить реферат по теме:”Методы искусственного воздействия на туманы и облака”

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

Принцип создания искусственного тумана – в следующем: при достаточно большой удельной влажности в него вводят твердые или жидкие ядра конденсации, на которых и образуется капли воды, т.е. туман. Чаще всего для создания искусственного тумана механически распыляют или испаряют гигроскопические кислоты или соли.

   Важной проблемой является искусственное рассеяние туманов – для обеспечения нормальной работы авиации. Один из возможных методов воздействия на туман для раскрытия аэропортов при положительных температурах состоит в нагревании воздуха в районе взлётно-посадочной полосы.

   При температурах ниже -40С на туманы воздействуют хладореагентами ( охлаждающими веществами), например, твердой углекислотой. В толще тумана образуются просветы, постепенно увеличивающиеся по площади.

   Для решения проблемы искусственного рассеяния облаков, на них воздействуют хладореагентами и некоторыми другими веществами. Например, частицами твердой углекислоты, йодистого серебра, а также ультразвуком. Успешно рассеивают низкие слоистые и слоисто – кучевые облака, затрудняющие взлет и посадку самолетов.

Метод контроля: заслушивание реферата.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема 5. Осадки.

1. Вид самостоятельной работы: Подготовить реферат по теме: ”Классификация облаков и связанных с ними осадков”

Цель:углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

Согласно международной классификации облака по высоте делятся на 4 семейства:

А. Семейство облаков верхнего яруса (выше 6 км).

Б. Семейство облаков среднего яруса (от 2 до 6 км).

В. Семейство облаков нижнего яруса (от земной поверхности до высоты 2 км).

Г. Семейство облаков вертикального развития (основания облаков располагаются на высоте облаков нижнего яруса, а вершины на высоте облаков среднего или верхнего яруса).

   В зависимости от внешнего вида все облака делятся на 10 форм (родов), а формы подразделяются на виды и разновидности.

   А. Семейство облаков верхнего яруса

1. Перистые – Cirrus (Ci)
2. Перисто-кучевые – Cirrocumulus (Cc)
3. Перисто-слоистые – Cirrostratus (Cs)

Б. Семейство облаков среднего яруса

4. Высоко – кучевые облака – Altocumulus (Ac)
5. Высоко – слоистые облака – Altostratus (As)
6. Слоисто – кучевые облака – Stratocumulus (Sc)
7. Слоистые облака – Stratus
8. Слоисто – дождевые облака – Nimbostratus (Ns)
9. Кучевые облака - Cumulus (Cu)
10. Кучево-дождевые облака – Cumulonimbus (Cb)

Капли воды и кристаллы льда, выпадающие из атмосферы на земную поверхность, называют атмосферными осадками. Количество осадков измеряют высотой слоя воды в мм, образовавшиеся в результате выпадения осадков на горизонтальную поверхность при отсутствии испарения, просачивания и стока, а также при условии, что осадки, выпавшие в твердом виде, полностью растаяли. Слой осадков 1 мм, выпавших на площадь 1 м2, соответствует массе воды в 1 кг.

   По физическим условиям образования и по характеру выпадения различают осадки обложные, ливневые и моросящие.

1. Обложные осадки выпадают обычно из системы фронтальных слоисто-дождевых (Ns) и высоко-слоистых облаков (As), иногда из слоисто-кучевых (Sc). Характеризуются умеренной, мало меняющейся интенсивностью, охватывают большие площади, продолжаются несколько часов и даже десятков часов.
2. Ливневые осадки выпадают из кучево-дождевых облаков (Cb). Отличаются внезапностью начала и конца выпадения, резкими колебаниями интенсивности и малой продолжительностью. Обычно охватывают небольшую площадь. Летом выпадает крупнокапельный дождь, иногда вместе с градом. Летние ливневые осадки часто сопутствуют грозы. Зимой ливневым бывает снегопад, состоящий из крупных хлопьев снега.
3. Моросящие осадки выпадают из слоистых и изредка из слоисто-кучевых облаков (Sc). Это может быть морось, мельчайшие снежинки или снежные зерна. Интенсивность моросящих осадков очень мала.

Методы контроля: заслушивание реферата.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Тема 6. Атмосферное давление и плотность воздуха.

1. Вид самостоятельной работы: подготовка сообщений по темам:

- Применение барометрической формулы Лапласа.

- Суточный и годовой ход атмосферного давления.

Цель:углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

На практике с помощью барометрической формулы решаются следующие задачи.

1. Барометрическое нивелирование, т.е. определяют разность высот двух пунктов, в которых измерены температура воздуха и давление. Это нивелирование менее точно, чем геодезическое, но намного проще. Проводят барометрическое нивелирование в горных районах, также при аэрологическом зондировании атмосферы.
2. Вычисление распределения давления по высоте, т.е. вычисляется давление Р2 на высоте h2, если известно давление Р1 на высоте h1, и средняя температура t рассматриваемого слоя атмосферы.
3. Приведение давления к уровню моря. Зная давление и температуру на высоте h2 над уровнем моря, нужно найти давление Р0 на уровне  моря, т.е. при h1 = 0. Приведение давления к уровню моря производится на всех метеорологических станциях, посылающих синоптические телеграммы. Чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, на синоптические карты наносятся давление, приведенное к уровню моря.
4. Определение средней температуры слоя t по известной разности уровней h2и h1, и давлению Р2 и Р1 на этих уровнях.

- Суточный и годовой ход атмосферного давления.

колебания давления обусловлены как термическим, так и динамическими причинами.

   Неравномерное нагревание или охлаждение земной поверхности приводит к изменению давления над различными ее участками. Вторжение теплых или холодных воздушных масс на данную территорию также вызывает изменение давления. Если теплые, т.е. более легкие, массы заменяются холодными, т.е. более тяжелыми, то давление растет, в противном случае давление падает.

   Суточный ход давления: обнаруживается 2 максимума и 2 минимума. Максимумы-около 10 и 22 ч. По местному времени, минимумы- около 4 и 16 ч.

   В тропических широтах амплитуда колебаний давления составляет 3-4 гПа, в умеренных широтах амплитуда равна ≈ 0,3-0,6 гПа.

   Годовой ход давления.

  Выделяют 3 основных типа годового хода давления:

1. Континентальный тип – максимум зимой и минимум летом. Сильнее всего этот тип выражен в средних широтах над большими материками, особенно над Азией. На берегах океанов они уменьшаются. Например, над Европейской территорией России амплитуда годового хода давления составляет 8-12 гПа, а в Сибири достигает 25-30 гПа.
2. Океанический тип – максимум летом и минимум зимой. Амплитуда достигает 20 гПа.
3. Полярный и субполярный типы с максимумом в апреле-мае, минимум – в январе-феврале. Амплитуда составляет примерно 5-12 гПа.

Методы контроля: заслушивание сообщений.

Критерии оценивания: выполненная работа - зачет, невыполненная – незачет.

Литература и Интернет-ресурсы.

1.  Ежемесячный журнал «Метеорология и гидрология» - М.: Изд-во «Метеорология и гидрология».

2. Волынцов О.И., Смирнова А.А. Анализ и прогноз погоды с помощью ГИС Метео – Москва, 2005.

3. В.К. Моргунов Основы метеорологии, климатологии, метеорологические приборы и методы наблюдений. Ростов-на-Дону: Феникс,2005.

Тема 7. Воздушные течения в атмосфере.

1. Вид самостоятельной работы: подготовить реферат по теме “Энергия ветра и ее использование”

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

   В далекие времена появился парус и парусные суда, которые на протяжении столетий помогали людям плавать по морям, озерам и рекам, при этом была применена схема давления ветра.

  В глубокой древности, несколько тысячелетий назад, в Китае и Японии использовались примитивные ветряные двигатели. Остатки древних ветряных мельниц встречаются в Египте.

   Первые ветродвигатели в Европе появились в 718 году в Богемии для водоснабжения и перекачки воды на поля.

   Большое распространение ветреные мельницы и ветронасосные установки получили в Голландии. Только при помощи ветродвигателей маленькая Голландия успешно боролась с наступающим морем и отвоевала у него значительную часть суши.

   Великий русский ученый “отец русской авиации”, профессор Н.Е.Жуковский создал теоретические основы самолета и ветродвигателя. Но труды Н. Е.Жуковского нашли применение лишь при Советской власти, когда по его инициативе в 1918 году был организован в Москве центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), в котором разработаны и осуществлены в экспериментальных образцах первые отечественные конструкции самолетов и быстроходных ветродвигателей.

   Современные ветродвигатели являются вполне совершенными механизмами, применение которых имеет ряд преимуществ перед двигателями других типов.

   Опыт эксплуатации нескольких десятков быстроходных ветроэлектрических станций в хозяйствах Крайнего Севера показал, что за ряд лет ветроэлектростанции выработали до 97% всей потребной энергии, и только 3% пришлось на долю резервных тепловых двигателей, которые пускались в работу лишь при ремонтах ветродвигателей. Работа ветродвигателей в этих хозяйствах дала большую экономию и сократила завоз горючего.

   До 75% необходимой энергии для механизации водоснабжения в сельском хозяйстве может быть получено за счет использования энергии ветра при помощь современных ветронасосных установок.

   К. А. Тимирязев придавал большое значение ветродвигателям в борьбе с засухой.

   На базе мелких ветроэлектрических установок работают современные дрейфующие автоматические метеостанции, которые по нескольку месяцев находятся без какого –либо наблюдения и ухода в жестоких полярных условиях.

Методы контроля: заслушивание реферата.

3. Вид самостоятельной работы: построение и анализ розы ветров по индивидуальным заданиям

Цель: приобрести навыки построения и анализа разы ветров.

Методические рекомендации:

   Роза ветров строится для наглядного представления о режиме ветра. Для этого по многолетним данным рассчитывается повторяемость ветра для различных румбов (обычно для восьми), т.е. вычисляется, сколько раз повторялось то или иное направление ветра за определенный период времени. Получение величины выражают в % от общего числа случаев наблюдений.

   Для построения розы ветров из центральной точки откладывают по направлению основных румбов отрезки, соответствующие повторяемость ветра данного направления, и концы отрезков соединяют прямыми линиями.

   Многолетние данные повторяемости % направления ветра в январе и июле по ст. Алма-Ата.

 1см - 4%

                                                               С

                          СЗ                                                              СВ

              З                                                                                                       В

                     ЮЗ                                                                                 ЮВ

                                                               Ю

Роза ветров для января

По ст. Алма-Ата.

Руководствуясь “Сборникам задач, и упражнений по метеорологии” на миллиметровке построить розу ветров для июля по ст. Алма-Ата (№9,30).

Метод контроля: проверка выполнения задания

Тема 8. Оптические и электрические явления в атмосфере.

1. Вид самостоятельной работы: подготовить реферат по темам:

-“Грозовые разряды и молнии. Методы защиты от молний”.

Цель:углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации.

Методические рекомендации:

   Внутри облака создаются большие объемные заряды и вследствие этого на земной поверхности под облаком наводится заряд противоположного знака, что приводит к созданию сильных электрических полей как внутри облака, таки между облаком и землей. Напряженность поля в облаке тем больше, чем больше эти заряды и чем меньше расстояние между ними.

   В грозовых облаках и в окружающем их пространстве напряженность поля достигает нескольких тысяч В/м.

   При определенных условиях появляется гигантская электрическая искра между отдельными частями облака или между облаком и поверхностью земли.

   Молнии, т.е. электрические разряды в облаках или между облаками и землей, могут возникать только в достаточно мощных облаках (не менее 4-5 км).

   Молнии могут быть причиной тяжелой травмы и гибели человека. От прямых ударов молнии здания защищают молниеотводы.

   Во время грозы нельзя:

-укрываться возле одиноких деревьев или под деревьями;

-прислоняться к скалам и отвесным стенам;

-останавливаться на опушках леса, полянах, возвышенностях;

-идти или останавливаться рядом с водой, с водоемами;

-находиться вблизи костра;

-бежать через открытое место;

-передвигаться плотной группой;

-находиться в мокрой одежде;

-подходить близко к молниеотводам, антеннам, электропроводке;

-пользоваться телефоном, телевизором, радио и электроприборами (лучше отключить их)

- держать открытыми окна и форточки, подходить к окну.

Метод контроля: заслушивание реферата.

2. Вид самостоятельной работы. Подготовить презентации по темам:

- «Полярные сияния, их виды, условия образования »;

- «Шаровые молнии. Методы защиты от шаровых молний»;

- «Миражи, радуга, гало – оптические явления в атмосфере».

Цель: углубить и расширить теоретические знания по данной теме путем поиска дополнительной информации

Методы контроля: просмотр презентаций.

Лист контроля выполнения ВСР

Группа_____________________________________________