„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Janina Rudzińska

Analizowanie zjawisk atmosferycznych i hydrologicznych
zachodzących w przyrodzie 311[23].O1.03

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
mgr inż. Jolanta Odzimek
mgr inż. Andrzej Pyszczek



Opracowanie redakcyjne:
mgr Janina Rudzińska



Konsultacja:
mgr inż. Andrzej Kacperczyk










Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[23].O1.03
„Analizowanie zjawisk atmosferycznych i hydrologicznych zachodzących w przyrodzie”,
zawartego w programie nauczania dla zawodu technik meteorolog.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1.

Wprowadzenie

3

2.

Wymagania wstępne

5

3.

Cele kształcenia

6

4.

Materiał nauczania

7

4.1.

Hydrosfera – jej podział i znaczenie

7

4.1.1. Materiał nauczania

7

4.1.2. Pytania sprawdzające

11

4.1.3. Ćwiczenia

11

4.1.4. Sprawdzian postępów

12

4.2.

Elementy meteorologiczne określające stan fizyczny atmosfery i ich wpływ
na organizmy żywe

13

4.2.1. Materiał nauczania

13

4.2.2. Pytania sprawdzające

27

4.2.3. Ćwiczenia

28

4.2.4. Sprawdzian postępów

30

4.3.

Powstawanie i klasyfikacja chmur

31

4.3.1. Materiał nauczania

31

4.3.2. Pytania sprawdzające

35

4.3.3. Ćwiczenia

35

4.3.4. Sprawdzian postępów

37

5.

Sprawdzian osiągnięć

39

6.

Literatura

44

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o podstawowych zjawiskach

atmosferycznych i hydrologicznych występujących na Ziemi oraz kształtowaniu umiejętności
rozpoznawania i analizowania tych zjawisk.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już opanowane, abyś
bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie będziesz mógł kształtować podczas pracy
z poradnikiem,

−

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

−

zestaw zadań, abyś mógł sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści kształcenia,

−

ć

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz kształtować

umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie programu nauczania z całej jednostki modułowej,

−

literaturę uzupełniającą.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

Schemat układu jednostek modułowych

311[23].O1

Podstawy zawodu

311[23].O1.01

Stosowanie przepisów bezpieczeństwa

i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej

oraz ochrony środowiska

311[23].O1.02

Charakteryzowanie składu i budowy

atmosfery

311[23].O1.03

Analizowanie zjawisk atmosferycznych

i hydrologicznych występujących

w przyrodzie

311[23].O1.04

Posługiwanie się dokumentacją

hydrologiczno-meteorologiczną

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

wyjaśniać pojęcia hydrologia i meteorologia,

−

określać budowę atmosfery ziemskiej,

−

rozpoznawać zjawiska zachodzące w atmosferze ziemskiej,

−

charakteryzować procesy atmosferycznej części cyklu hydrologicznego,

−

charakteryzować procesy atmosferyczne zachodzące w przyrodzie,

−

rozróżniać podstawowe elementy meteorologiczne,

−

wyjaśniać obieg wody w atmosferze,

−

posługiwać się mapą,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

obsługiwać komputer,

−

współpracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

scharakteryzować zakres i znacznie hydrologii w gospodarce,

−

dokonać podziału hydrologii według różnych kryteriów,

−

scharakteryzować obieg wody w przyrodzie,

−

scharakteryzować rodzaje meteorologii,

−

zdefiniować wielkości określające stan fizyczny atmosfery w tym: ciśnienie
atmosferyczne, promieniowanie słoneczne i usłonecznienie, temperaturę powietrza,
parowanie, wilgotność, zachmurzenie, opady i osady, wiatry, widzialność,

−

rozpoznać i sklasyfikować chmury oraz wysokość podstawy chmur,

−

scharakteryzować przebieg zjawisk określających stan fizyczny atmosfery i ich rozkład
na kuli ziemskiej,

−

zdefiniować pojęcia: hydrometeory, litometeory, fotometeory, elektrometeory,

−

określić wpływ czynników meteorologicznych na organizmy roślinne i człowieka,

−

określić wpływ zjawisk meteorologicznych i hydrologicznych na rolnictwo i leśnictwo,

−

określić metody ochrony żywych organizmów przed oddziaływaniem na nie
niekorzystnych zjawisk zachodzących w atmosferze i hydrosferze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

4.

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Hydrosfera – jej podział i znaczenie

4.1.1. Materiał nauczania

Hydrologia i jej powiązania z innymi dziedzinami nauki
Hydrologia jest nauką zajmującą się badaniem właściwości hydrosfery i jej składowych –

mórz i oceanów, rzek, lodowców, jezior i wód bagien, a także oddziaływaniem hydrosfery na
otaczające środowisko oraz zachodzącymi w niej procesami. Hydrologia jest więc nauką
kompleksową i należy do nauk geograficznych.

We wcześniejszym etapie rozwoju hydrologii jako nauki, obowiązywał podział na

hydrologię morza i hydrologię kontynentalną. Wraz z rozwojem nauki hydrologia morza
wyodrębniła się jako niezależna nauka zwana oceanologią, której zadaniem jest kompleksowe
badanie procesów zachodzących w oceanach oraz badanie związków zachodzących między
procesami w wodach oceanów a procesami w atmosferze, litosferze i biosferze. Współczesna
oceanologia fizyczna łączy wiele dyscyplin, z których do podstawowych zaliczane są:
oceanologia ogólna, fizyka morza, oceanologia regionalna i prognozy morskie.

Hydrologia kontynentalna natomiast dzieli się na właściwą hydrologię kontynentalną

(zwaną także ogólną) i hydrografię. Podstawowymi zadaniami hydrologii kontynentalnej
(ogólnej) są:
–

badanie ogólnych właściwości obiektów wodnych na lądzie,

–

badanie praw rządzących procesami zachodzącymi w obiektach wodnych,

–

badanie wzajemnego oddziaływania wód i otaczającego środowiska z uwzględnieniem
zmian zachodzących pod wpływem działalności człowieka.
Hydrografia kontynentalna, biorąc za podstawę ogólne prawa ustalone w hydrologii,

zajmuje się badaniem określonych obiektów wodnych i wód poszczególnych obszarów oraz
ich rejestracją i opisem w ujęciu dynamicznym.

Hydrologia i hydrografia kontynentalna dzieli się na hydrologię i hydrografię rzek, jezior,

lodowców i bagien. Badanie tych różnych obiektów wodnych wiąże się ze stosowaniem
odmiennych metod obserwacji i pomiarów, których opracowaniem zajmuje się hydrometria
będąca działem hydrologii. Wody podziemne jako część składowa skorupy ziemskiej są
przedmiotem badań hydrogeologii (dział geologia). Badanie wód gruntowych jest jednym
z zadań gleboznawstwa, natomiast badaniem wód atmosferycznych zajmuje się meteorologia
i klimatologia. Jednakże wodami gruntowymi i podziemnymi, a także atmosferycznymi,
zwłaszcza opadami, zajmuje się również hydrologia, szczególnie badając wzajemne
oddziaływanie hydrosfery i innych sfer podczas obiegu wody w przyrodzie, jak również przy
formowaniu reżimu hydrologicznego. Hydrologia jest wiec ściśle związana z meteorologią
i klimatologią, gleboznawstwem i hydrogeologią. Można zatem powiedzieć, że jest to dział
geografii fizycznej zajmujący się badaniem wody występującej w środowisku przyrodniczym
pod każdą postacią.

Do podstawowych działów związanych z hydrologią zalicza się:

–

glacjologię – zajmującą się lodowcami i lądolodami,

–

kriologię – zajmującą się wodą pod postacią lodu,

–

krenologię – zajmującą się źródłami wody,

–

potamologię – badającą linijne wody powierzchniowe – rzeki i potoki,

–

paludologię – zajmującą się bagnami,

–

limnologię – badającą jeziora i inne zbiorniki wodne,

–

oceanografię – zajmującą się wodami morskimi i oceanicznymi,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

–

hydrogeologię – zajmuje się wodami podziemnymi,

–

ekohydrologię – badającą oddziaływania między organizmami żywymi a cyklem

hydrologicznym.

Jedną z ważnych właściwości wody jako cieczy jest jej ruch. Badanie praw ruchu

i stałości cieczy to zadanie hydromechaniki i jej praktycznego kierunku, czyli hydrauliki.
Zajmuje się ona ustaleniem metod i zastosowaniem ogólnych praw do praktycznego
rozwiązywania zadań w konkretnych warunkach determinowanych siłami przyrody, bądź
działalnością człowieka.

Badaniem fizycznych właściwości wód naturalnych jako cieczy i procesów fizycznych

zachodzących w wodnej warstwie Ziemi bądź w określonych jej obiektach zajmuje się
hydrofizyka, będąca jedną z gałęzi geofizyki. Z kolei badaniem składu i właściwości
chemicznych wód naturalnych, a także ich zmianą w czasie i przestrzeni zajmuje się
hydrochemia, będąca częścią geochemii.

Wody naturalne stanowią korzystne środowisko sprzyjające istnieniu roślinności

i organizmów żywych. Procesy biologiczne w wodzie są ściśle związane z jej właściwościami
i warunkami hydrologicznymi. Wzajemne i jednoczesne oddziaływanie tych procesów ma
istotny wpływ na chemiczny i gazowy skład wody. Szczątki obumarłych roślin i organizmów
ż

ywych tworzą osady zalegające na dnie jezior i mórz. Z części organicznych w bagnach

powstają torfy. Z tego względu hydrologowie niejednokrotnie mają do czynienia ze
zjawiskami związanymi z procesami biologicznymi. Ich badaniem zajmuje się hydrobiologia.

Ze zwiększeniem wykorzystania wód naturalnych do celów praktycznych łączy się

wzrost zadań stawianych przed hydrologią ze strony dyscyplin stosowanych: hydrotechniki,
melioracji, gospodarki leśnej, budowy portów i innych. W związku z tym rozwinęły się także
inne dyscypliny hydrologii, jak obliczenia hydrologiczne i prognozy hydrologiczne.

Postacie wody na Ziemi
Woda na Ziemi pochodzi z magmy, w której jest głównym składnikiem lotnym.

Występuje ona w postaci cieczy w oceanach i morzach, w porach skalnych, w korytach rzek
i misach jezior, a także w atmosferze i biosferze. Inną postacią wody na Ziemi jest para
wodna, która cechuje się dużą zmiennością rozkładu przestrzennego. Ma fundamentalne
znaczenie dla gospodarki wilgocią w atmosferze całego globu. Woda występuje na Ziemi
również w postaci stałej. Są to lody lądolodów i lodowców górskich, stałe bądź okresowe
lody na powierzchniach zbiorników wodnych, lody tak zwanych zlodowaceń podziemnych,
a także kryształki lodu w chmurach.

Tabela 1. Ilość wody na Ziemi [opracowanie własne]

Sposoby występowania wody

Przybliżona objętość w km

3

Przybliżona wielkość
zasobów w %

Oceany
Lądolody i lodowce
Wody podziemne i glebowe:
podziemne
glebowe
Powierzchniowe wody lądowe:
jeziora słodkowodne
jeziora słone i morza śródlądowe
Rzeki i strumienie
Wilgoć atmosferyczna
Wody w biosferze

1 350 000 000
29 400 000
8 470 000
8 400 000
70 000
232 300
126 000
105 000
1 300
13 000
600

97,2
2,1
0,6


0,02



0,001
0,00004

Razem

1 388 115 600

100,00

Woda jako składnik tworzywa skał do
głębokości 100 km
w tym jako składnik tworzywa skał w
litosferze

1 500 000 000


800 000 000

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

Szacuje się, że na Ziemi jest około 1388 x 10

6

km

3

wody skupionej w trzech postaciach:

ciekłej, stałej i gazowej. Ilościowe występowanie wody na Ziemi w różnych postaciach
przedstawia tabela 1.

Przedstawione w tabeli formy występowania wody na Ziemi są od siebie uzależnione, co

wynika z faktu wzajemnego przechodzenia wody z jednej formy w drugą. Przemiany te
zachodzą dwukierunkowo – w wyniku pobierania bądź oddawania ciepła. Jedynie oddawanie
wody przez magmę dokonuje się jednokierunkowo, ponieważ zawsze przez oddawanie ciepła.

Obieg wody w przyrodzie
Krążeniem wody w przyrodzie nazywamy ciągłe jej przemieszczanie pomiędzy

atmosferą, hydrosferą a litosferą. Ruch ten odbywa się pod wpływem energii słonecznej i siły
grawitacji. Obieg wody określa się mianem cyklu hydrologicznego. W ciągu roku w cyklu
hydrologicznym uczestniczy jedynie 0,04% całkowitej objętości hydrosfery.

Obieg wody, związany ze zmianami jej stanów skupienia jest jednym z najistotniejszych

zjawisk występujących w przyrodzie. Ma on zasadniczy wpływ na kształtowanie warunków
pogodowych. Woda parując, staje się składową mieszaniny gazów atmosferycznych. Postać
gazowa wody w atmosferze nie jest trwała, w związku z tym powraca ona na powierzchnię
Ziemi w postaci opadów deszczu i śniegu. Głównymi składnikami obiegu wody są parowanie,
kondensacja i opad.

Parowanie z powierzchni oceanów i mórz jest podstawowym źródłem dopływu wilgoci

do atmosfery. Duża jej część w postaci opadów atmosferycznych spada bezpośrednio na
powierzchnię oceanów i mórz, zamykając w ten sposób tak zwany mały obieg wody.
Mniejsza część wilgoci uczestniczy w dużym obiegu wody, wchodząc we wzajemne związki
z powierzchnią Ziemi. Duży obieg wody obejmuje wiele lokalnych i wewnętrznych obiegów
wilgoci i jest zróżnicowanym procesem przenoszenia, rozchodzenia i odnawiania wilgoci na
powierzchni Ziemi, we wnętrzu skorupy ziemskiej i w atmosferze. Opady atmosferyczne
nawilżające powierzchnię kontynentów, częściowo przenikają do gleby – jest to proces
infiltracji, a częściowo spływają po stokach tworząc potoki, rzeki, jeziora i bagna – powstaje
spływ powierzchniowy. Woda pochłonięta przez glebę częściowo paruje, bezpośrednio bądź
na skutek transpiracji roślin, częściowo zaś infiltruje w głąb, zasilając wody podziemne. Te
ostatnie uczestniczą w formowaniu rzek, jezior lub bezpośrednio zasilają morza – jest to
spływ podziemny. Woda krążąca w środowisku może na pewien czas zostać zatrzymana.
Czasowe zatrzymanie wody nazywa się retencją. Retencja może mieć charakter
powierzchniowy np. w postaci śniegu, lodu, wód jezior lub bagien lub podziemny w głęboko
położonych warstwach skalnych. Znaczne ilości wód mogą zatrzymać organizmy roślinne
i zwierzęce, szczególnie duże formacje leśne. Para wodna powstała wskutek parowania
z powierzchni kontynentów i lądowych zbiorników wodnych przedostaje się do atmosfery
i uzupełnia wilgotność powstałą w procesie parowania z powierzchni mórz i oceanów. Prądy
atmosferyczne przenoszą ją w głąb kontynentów, gdzie w postaci opadów deszczu i śniegu
ponownie je zasila wodą. Wody z opadów atmosferycznych znów ulegają parowaniu,
infiltracji i powierzchniowemu spływaniu do rzek. Odpływ wód rzekami do oceanów zamyka
wielki obieg wody kuli ziemskiej. Rysunek 1 przedstawia uproszczony schemat obiegu wody
w przyrodzie, który w rzeczywistości jest zjawiskiem bardziej złożonym.

Zjawisko parowania, będące jednym z ogniw obiegu wody polega na tym, że

poszczególne cząsteczki wody uzyskują prędkości, dzięki którym odrywają się od
powierzchni parującej i przenikają do atmosfery. Jednocześnie z przemieszczaniem się
cząstek pary wodnej do atmosfery występuje zjawisko odwrotne, które polega na powrocie
cząstek pary do ciała parującego. Jeżeli prędkość ubytku pary wodnej z atmosfery jest
mniejsza od prędkości jej przenikania do atmosfery, to warstwa powietrza nad powierzchnią
parującą z czasem staje się nasycona. W sytuacji nasycenia, ilość cząsteczek odrywających

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

się od powierzchni parującej i powracających do niej jest jednakowa i parowanie pozornie
ustaje. O tempie parowania decydują: temperatura cieczy oraz gazów nad jej powierzchnią
(energia kinetyczna ruchu swobodnego cząstek), ilość cząstek parującej cieczy w mieszaninie
gazu oraz ciśnienie gazów.

W przyrodzie podczas wzrostu temperatury wody, zwiększania ruchu powietrza nad

powierzchnią parującą i spadku ciśnienia, następuje wzrost intensywności parowania. Nie
wszystkie cząstki wody, które zostały zamienione w parę pozostają długo w atmosferze.
Część z nich natychmiast wraca do zasobu parującego, a więc tempo parowania oznacza
tempo ubytku wody, a nie tempo uwalniania cząstek wody do otoczenia gazowego. Z tego też
powodu w niższych temperaturach intensywność parowania może być większa niż
w wyższych, gdy w tym ostatnim przypadku powietrze zawiera małe ilości pary wodnej,
natomiast wieje silny wiatr i panuje niskie ciśnienie.

Warunki pogodowe kształtują się w zależności od tempa i skali, w jakiej zachodzi

przechodzenie wody z fazy ciekłej do gazowej (parowanie), ale jednocześnie te same warunki
kształtują zakres i szybkość, z jaką woda przekształca się w parę. Ponadto, oprócz czynników
meteorologicznych, o szybkości parowania decydują warunki fizyczne i chemiczne czynnych
powierzchni parujących, a w przypadku transpiracji z roślin, ich stadia rozwojowe oraz cechy
gatunkowe.

Na lądach parowanie może polegać na bezpośrednim przejściu wody z fazy stałej

w gazową, a proces ten nazywa się sublimacją.

Rys. 1. Schemat cyklu hydrologicznego

[http://www.imgw.pl/wl/internet/zz/wiedza/hydro/_enc_hydro/foto/cykl_hydrologiczny/cykl_hydrologiczny.jpg]

Procesem przeciwnym do parowania jest kondensacja, czyli przejście wody ze stanu

gazowego w stan ciekły, ewentualnie stały (resublimacja). Powrót cząstek pary wodnej do
fazy płynnej zachodzi równolegle z parowaniem. Kondensacja (skraplanie) jest procesem,
który można zauważyć dopiero w momencie, gdy więcej pary przyjmuje postać płynną i gdy
pojawiają się tak zwane produkty kondensacji. W tym przypadku osiągnięcie stanu nasycenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

zależy bezpośrednio od temperatury powietrza. Im jest ona wyższa, tym nasycenie pojawia
się przy większej ilości pary w powietrzu.

Kondensacja pary wodnej jest wynikiem procesów:

–

adiabatycznych związanych z rozprężaniem się powietrza wraz ze wzrostem wysokości,

–

ochładzaniem się powietrza podlegającego konwekcji swobodnej (termicznej),

–

ochładzaniem się powietrza związanego z wymuszoną konwekcją na stokach wzniesień,

–

ochładzaniem się powietrza związanego z wymuszoną konwekcją na powierzchniach
frontów atmosferycznych,

–

napływem ciepłego powietrza nad wychłodzone podłoże,

–

mieszaniem się mas powietrza o różnych właściwościach fizycznych,

–

radiacji (wypromieniowania) ciepła z powierzchni Ziemi w wyższe warstwy atmosfery,
odbywa się to najczęściej w pogodne noce.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Czym zajmuje się hydrologia i jakie jest jej znaczenie?

2.

Jakie są zależności hydrologii z innymi dziedzinami nauki?

3.

Jakie znaczenie w gospodarce ma hydrologia?

4.

Jakie czynniki decydują o obiegu wody w przyrodzie?

5.

Z jakich elementów składa się obieg mały?

6.

Z jakich elementów składa się obieg duży?

7.

Na czym polega proces parowania?

8.

Jakie czynniki decydują o intensywności parowania?

9.

Skutkiem, jakich procesów jest kondensacja pary wodnej?

10.

Jakie czynniki decydują o intensywności kondensacji pary wodnej?

11.

Co to jest retencja?

12.

Jakie znasz rodzaje retencji?

13.

Na czym polega różnica miedzy sublimacją a resublimacją?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj podział hydrologii i omów jej związek z innymi naukami. Wymień działy

gospodarki, dla których hydrologia ma ważne znaczenie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

zdefiniować pojęcia określające podział hydrologii,

2)

przeanalizować współzależności hydrologii z różnymi dziedzinami nauki,

3)

określić dziedziny gospodarki dla których hydrologia ma duże znaczenie,

4)

opisać przykłady zastosowania badań hydrologicznych w wybranych dziedzinach
gospodarki,

5)

określić obiekty występujące na danym terenie, wykorzystujące badania hydrologiczne,

6)

zapisać wnioski w zeszycie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

papier formatu A4, flamastry,

–

stanowisko z dostępem do Internetu,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dotycząca podziału i zakresu badań w
hydrologii.

Ćwiczenie 2

Wyjaśnij, co to jest i na czym polega obieg wody w przyrodzie. Przedstaw różnice

między obiegiem dużym i małym. Wykonaj plakat obrazujący poszczególne elementy obiegu
wody w przyrodzie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

określić przyczyny obiegu wody w przyrodzie,

2)

przeanalizować główne procesy biorące udział w przemieszczaniu mas powietrza,

3)

określić różnice między obiegiem dużym i małym,

4)

wykonać na plakacie schemat obiegu wody w przyrodzie,

5)

przeanalizować znaczenie tego zjawiska dla środowiska przyrodniczego,

6)

ocenić poprawność wykonanego zadania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dotycząca obiegu wody w przyrodzie.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

wymienić cel i zadania hydrologii?

2)

scharakteryzować znaczenie hydrologii dla gospodarki?

3)

określić podział hydrologii według różnych kryteriów?

4)

wyjaśnić obieg wody w przyrodzie?

5)

rozróżnić elementy obiegu wody w przyrodzie?

6)

określić czynniki decydujące o wielkości parowania?

7)

określić różnicę miedzy obiegiem dużym i małym?

8)

scharakteryzować procesy decydujące o intensywności parowania?

9)

scharakteryzować rodzaje retencji?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

4.2. Elementy

meteorologiczne

określające

stan

fizyczny

atmosfery i ich wpływ na organizmy żywe

4.2.1. Materiał nauczania

Meteorologia – nauka zajmująca się badaniem zjawisk fizycznych i procesów

zachodzących w atmosferze, szczególnie w jej niższej warstwie – troposferze. Określa ich
wpływ na przebieg procesów atmosferycznych i stan pogody na danym obszarze.

Obserwacje atmosfery prowadzone są w placówkach pomiarowych (stacje

meteorologiczne), za pomocą standaryzowanych przyrządów w ogródku meteorologicznym.
Do zbierania danych wykorzystuje się też samoloty, rakiety, balony meteorologiczne, satelity
meteorologiczne i radary meteorologiczne.

Klasyfikacja meteorologii:

−

meteorologia planetarnej warstwy granicznej – zajmuje się procesami w warstwie
będącej pod wpływem powierzchni Ziemi. Wpływ powierzchni Ziemi, wymiana ciepła
i tarcie, powodują, że warstwa ta znacznie różni się od atmosfery powyżej (tzw.
atmosfera swobodna). Oddziaływanie z powierzchnią Ziemi powoduje wymianę
strumieni ciepła i momentu. Planetarna warstwa graniczna znajduje się zarówno nad
oceanami i lądami i ma nieco inne charakterystyki. Planetarna warstwa graniczna jest
najistotniejszym elementem meteorologii dla człowieka, ponieważ jest warstwą, w której
rozwija się życie.

−

meteorologia mezoskalowa – zajmuje się procesami atmosferycznymi w skali
przestrzennej mniejszej niż ok. 300 km. Zjawiska w tej skali mogą mieć różny okres
trwania. Typowymi zjawiskami są burze, linie szkwałowe, zjawiska tworzone przez
orografię, bryza morska i lądowa. Mezoskala podzielona jest na kilka podklasyfikacji
w zależności od rozciągłości przestrzennej i czasowej. Najczęściej istnieje oddziaływanie
pomiędzy zjawiskami w mezoskali i zjawiskami w większych skalach. Mezoskala ma też
wpływ na mniejsze skale przestrzenne.

−

meteorologia synoptyczna – ruchy w wielkiej skali (około 6 000 km) są determinowane
przez kontrast pomiędzy warunkami na równiku i obszarami biegunowymi, m.in.
poprzez różnicę temperatury między tymi obszarami. Wielkoskalowy przepływ
powietrza, jego prędkość i kierunek, łatwo obserwować w swobodnej atmosferze,
powyżej warstwy granicznej. Obserwacje uzyskuje się z pomiarów aerologicznych
(sondy meteorologiczne) na stacjach synoptycznych rozmieszczonych co około 300 km.
Na wysokości około 5–10 kilometrów obserwuje się wielkoskalowe fale o okresie około
6 000 km nazywane falami Rossbiego. Ilość tych fal wokół Ziemi zależy od pory roku.
Z ich przepływem związane są mniejsze procesy w skali synoptycznej – wyże i niże.
Dlatego prognozę pogody często rozpoczyna się od analizy górnych map
meteorologicznych, które dają dobry obraz ogólnych warunków pogodowych na Ziemi.
Przepływ wielkoskalowy i synoptyczny jest prognozowany za pomocą globalnych modeli
prognozy pogody.

−

meteorologia dynamiczna – zajmuje się opisem przepływu powietrza w atmosferze na
podstawie zasad uwzględniających siły działające na cząstki powietrza np.: zasady
termodynamiki, prawa mechaniki cieczy, wymiany turbulencyjnej z podłożem i wiele
innych procesów. Stan atmosfery jest charakteryzowany przez temperaturę, ciśnienie,
wilgotność, prędkość i kierunek wiatru oraz wiele innych parametrów. Meteorologia
dynamiczna stanowi podstawę nowoczesnej prognozy pogody na podstawie
numerycznego rozwiązywania równań ruchu powietrza.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

Wielkości określające stan fizyczny atmosfery to:
Ciśnienie atmosferyczne jest to nacisk, jaki wywiera ciężar słupa powietrza o wysokości

od danego poziomu do górnej granicy atmosfery, odniesiony do jednostki powierzchni.
Podstawową jednostką ciśnienia jest Paskal (Pa), czyli siła jednego Newtona przyłożona do
powierzchni 1 m

2

(Pa = N/m

2

). W przypadku pomiarów ciśnienia atmosferycznego, stosując

tę jednostkę, uzyskiwałoby się duże wartości, z tego względu jako jednostki podstawowej
używa się jednostki stukrotnie większej, czyli hektopaskala (hPa). Wartość wynosząca
1013,16 hPa, zmierzona na poziomie morza, przy temperaturze 0°C i szerokości
geograficznej 45º, nosi nazwę normalnego ciśnienia atmosferycznego.

Czynniki wpływające na wielkość ciśnienia atmosferycznego to:

−

wysokość nad poziomem morza – wraz ze wzrostem wysokości następuje spadek
ciśnienia, średnio o 1 hPa na 8 metrów, w pobliżu powierzchni Ziemi spadek jest
większy, wyżej zmniejsza się, ponieważ wraz ze wzrostem wysokości maleje gęstość
powietrza,

−

temperatura powietrza – wraz ze wzrostem temperatury następuje spadek ciśnienia, przy
czym w powietrzu chłodniejszym wraz ze wzrostem wysokości spadek następuje szybciej
niż w powietrzu ciepłym,

−

pora roku – wewnątrz kontynentów zimą ciśnienie wzrasta, latem maleje, nad morzami
najwyższe ciśnienie występuje latem, a najniższe zimą,

−

szerokość geograficzna – najwyższe ciśnienie występuje na 30

o

szerokości geograficznej

w strefie podzwrotnikowej, a najniższe na 65

o

szerokości geograficznej.

W celu przedstawienia rozkładu ciśnienia atmosferycznego na wielkim obszarze

wykreśla się na mapy izobar. Izobary, są to linie łączące miejsca o jednakowym ciśnieniu,
sprowadzonym do poziomu morza. Izobary wyznaczają na mapach obszary, które nazywamy
układami barycznymi. Są to:

−

wyże (antycyklony) – obszary podwyższonego ciśnienia z układem zamkniętych
krzywoliniowych izobar, obejmujących centrum wyżu, w którym ciśnienie jest
najwyższe. Wyciągnięte części wyżu nazywają się klinami wysokiego ciśnienia. Na
półkuli północnej powietrze porusza się po torze spiralnym od środka, zgodnie z ruchem
wskazówek zegara. W wyżu masy powietrza opadając, ogrzewają się wskutek sprężania
adiabatycznego, co powoduje spadek wilgotności względnej i zanik chmur.

−

niże (cyklony) – obszary niższego ciśnienia atmosferycznego z układem zamkniętych
izobar wokół środka, w których ciśnienie jest najniższe. Wyciągnięte części niżu
nazywamy zatokami niskiego ciśnienia. W zatoce mogą tworzyć się niże wtórne, jeżeli
powstaną samodzielne ośrodki niskiego ciśnienia. Na półkuli północnej powietrze
porusza się po torze spiralnym do środka, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
Następnie unosząc się do góry ochładza się, co powoduje skraplanie pary wodnej w nim
zawartej i powstanie zachmurzenia.
W rozkładzie ciśnienia na kuli ziemskiej wyróżnia się strefy niskiego i podwyższonego

ciśnienia (rys. 2, 3). Jest to efekt ogólnej cyrkulacji powietrza w atmosferze, w różnych
szerokościach geograficznych oraz nierównomiernego rozmieszczenia lądów. Ośrodki
baryczne występujące nad Ziemią dzielą się na:

−

stałe – oddziaływają przez cały rok i wolno zmieniają swe położenie, nazywają się
centrami aktywności atmosferycznej, należą do nich: Wyż Azorski, Niż Grenlandzki,
zimowy obszar wysokiego ciśnienia nad Syberią oraz letni obszar niższego ciśnienia nad
Europą południowo-wschodnią i południowo-zachodnią Azją,

−

sezonowe – ich oddziaływanie zaznacza się w określonej porze roku, np. Niż Islandzki,
Niż Południowo-Azjatycki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

Rys. 2. Ciśnienie i cyrkulacja mas powietrza w styczniu

[[http://www.wiking.edu.pl/upload/geografia/images/swiat_srednie_temperatury_roku.gi]

Rys. 3. Ciśnienie i cyrkulacja mas powietrza w lipcu

[[http://www.wiking.edu.pl/upload/geografia/images/swiat_srednie_temperatury_roku.gi]

Stałe ośrodki ciśnienia występują nad morzami. Nad lądami ośrodki ulegają sezonowym

przemianom: latem tworzy się niż, zimą – wyż. Nie dotyczy to obszarów okołorównikowych,
gdzie występuje cały rok pas niskiego ciśnienia, i obszarów podbiegunowych, na których
znajduje się całoroczny wyż.

Wiatr jest to ruch dużych mas powietrza względem powierzchni Ziemi. Jest to wielkość

wektorowa, którą cechuje kierunek i prędkość. Kierunek wiatru to nazwa strony, z której
wiatr przychodzi. Prędkość jest to droga przebyta przez masę powietrza w jednostce czasu.
Wyrażamy ją w m/s lub w km/godz. Obserwacje ruchu powietrza wskazują jednak, że nie
przemieszcza się ono po najkrótszej drodze z miejsca, gdzie cechuje wyższe ciśnienie, do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

miejsca, gdzie ciśnienie powietrza jest niższe. Wynika stąd wniosek, że na powietrze
atmosferyczne będące w ruchu działają dodatkowe siły, które kształtują ostateczny kierunek
wiatru. Są to dwie siły:

−

siła Coriolisa, będąca skutkiem ruchu Ziemi dookoła swojej osi, powoduje odchylenie
wszystkich ciał poruszających się po powierzchni Ziemi od swego pierwotnego kierunku
(na półkuli północnej w prawo, a na południowej w lewo). Atmosfera uczestniczy
w ruchu obrotowym Ziemi, stąd tory ruchu poszczególnych cząstek powietrza również
ulegają tym odchyleniom. Oddziaływanie siły Coriolisa nie jest jednakowe na całej kuli
ziemskiej. Zanika ona na równiku, a jej siła oddziaływania rośnie w miarę wzrostu
szerokości geograficznej. Silniej oddziałuje na wiatr o dużej prędkości, a słabiej na wiatr
małej prędkości.

−

siła tarcia ma wpływ na ruch powietrza w przyziemnej warstwie atmosfery. Wywołana
jest różną szorstkością podłoża i wpływa hamująco na prędkość ruchu powietrza. Jej
wpływ pojawia się w warstwie atmosfery na wysokości około 1 kilometra.
W atmosferze można wyróżnić wiatry:

−

stałe – wiejące z dużą regularnością kierunkową i czasową (pasaty, monsuny),

−

wiatry układów barycznych – związane z ośrodkami niżów i wyżów,

−

wiatry lokalne – o których specyfice decydują szczególne lokalne uwarunkowania
geograficzno-klimatyczne (bryza, fen, wiatr górski, wiatr dolinny).
Pasaty są to stałe, na ogół wschodnie wiatry morskie o umiarkowanych prędkościach

(średnio 5–8 m/s przy powierzchni Ziemi), wiejące w strefie międzyzwrotnikowej między 35°
szerokości północnej i 35° szerokości południowej (rys. 2, 3). Ich istnienie jest związane
z globalną cyrkulacją powietrza w atmosferze ziemskiej wywołaną silniejszym
nasłonecznieniem strefy równikowej w porównaniu z obszarami dalszymi. Na półkuli
północnej kierunek pasatu jest NE, na południowej SE (zgodnie z działaniem siły Coriolisa).
Wiatry zachodnie, wiejące nad pasatami, noszą nazwę antypasatów

Wiatry cyrkulacji ogólnej czyli monsuny, stanowią w niektórych miejscach typowe

wiatry lokalne (zachodnie wybrzeże środkowej Afryki i środkowej Ameryki oraz wiele
innych). Rozróżnia się (rys. 2, 3):
–

monsun letni (morski) z pogodą deszczową, związaną z niskim ciśnieniem nad lądem
i wysokim nad morzem,

–

monsun zimowy (lądowy) z pogodą suchą, spowodowaną wysokim ciśnieniem nad lądem
i niskim nad morzem.
Wiatry te dzielą rok na porę suchą i deszczową. W lecie przepływ powietrza odbywa się

z kierunku oceanu nad ląd (zjawisku temu towarzyszą obfite opady atmosferyczne). W ziemie
kierunek jest odwrotny – nad lądem panuje pora sucha. Latem ląd nagrzewa się szybciej niż
woda, więc ciśnienie powietrza nad nim spada. Pojawiają się gwałtowne wiatry wiejące znad
morza w głąb lądu. Zimą niże tworzą się nad cieplejszymi wodami, co powoduje wianie
monsunów od lądu w stronę morza (wiatry wieją z wyżu do niżu). Monsun letni, występujący
u wybrzeży Azji, niesie w głąb kontynentu wilgotne powietrze i powoduje obfite opady (pora
deszczowa), warunkujące urodzaj na ogromnych obszarach (Indie, Chiny). Bardzo duże
opady monsunowe powodują często katastrofalne powodzie, a brak opadów równie
katastrofalne susze. W innych rejonach kuli ziemskiej monsuny są słabsze. Tam, gdzie niże
i wyże są mało stabilne i jedne nad drugimi nie mają wyraźnej przewagi sezonowej, na
przykład w większej części Europy nie ma monsunów.

Kolejną grupą wiatrów są wiatry układów barycznych. Są one charakterystyczne dla

dużych obszarów w strefach pozazwrotnikowych. Na półkuli północnej, wiatry wieją
najczęściej z kierunków zachodnich. Średnie szerokości geograficzne to strefa cyrkulacyjna
znajdująca się między obszarem ciepłego powietrza międzyzwrotnikowego od południa
i chłodnego, okołobiegunowego od północy. Prowadzi to do zaburzeń ruchu, o znacznej skali

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

rozciągłości, zwłaszcza poziomej. Cechą charakterystyczną zachodzących tu zaburzeń jest
powstawanie zafalowań w górnej troposferze i odpowiadających im układów niżowych
i wyżowych przy powierzchni ziemi. Dzięki falom, przemieszczającym się niekiedy dość
znacznie z południa na północ, następuje międzystrefowy transport ciepła. Zaburzenia
w strefie średnich szerokości geograficznych wzmagają się w miarę narastania kontrastów
termicznych, ale jednocześnie kontrasty te osłabia ruch falowy.

Wiele zjawisk związanych z przemieszczeniami powietrza ma charakter wiatrów

lokalnych. Charakteryzują się one mniejszym zasięgiem i zależą od warunków
geograficznych danego obszaru. Do grupy tej zalicza się potężne wiatry, jakie towarzyszą
burzom tropikalnym (huragany, cyklony, tajfuny, Willy-Willy), jak również wiatry bora, fen
czy bryza morska.

Gwałtowne burze tropikalne powstają na obszarach gorących wód oceanicznych. Ich siły

pochodzą z energii zgromadzonej przez wodę, charakteryzująca się dużą pojemnością cieplną,
a także z zachodzących wtedy na bardzo dużą skalę przemian fazowych wody. Początek
huraganów to zwykle kilka, kilkanaście pojedynczych burz, które stopniowo się łączą,
wytwarzając układ cyklonalny, z ośrodkiem zwanym „okiem”. Strumienie powietrza krążą
wokół niego z prędkością przekraczająca nawet 400 km/h, po lewoskrętnej (na półkuli
północnej) z peryferii do centrum, wznosząc się tam ku górze i dalej przemieszczając na
zewnątrz wiru. Funkcjonujące w oku cyklonu prądy wstępujące powodują powstawanie
rozbudowanych pionowo chmur kłębiastych. Chmury te zwartą ścianą otaczają oko,
wewnątrz którego panuje bardzo niskie ciśnienie oraz słoneczna, prawie bezwietrzna pogoda.

Równie gwałtowny przebieg ma układ cyklonalny zwany tornadem lub inaczej trąbą

powietrzną, tajfunem czy twisterem. Prędkości wiatru w tym przypadku są także bardzo duże,
ale średnica wirującego leja dochodzi tylko do kilkuset metrów. Tornada pojawiają się
zazwyczaj w prawej, tylnej części układu burzowego tuż po ustaniu opadów. Prędkość wiatru
towarzyszącego tornado dochodzi nawet do 512 km/h. Czas kontaktu tornado z Ziemią trawa
ś

rednio pięć minut. Właśnie niewielkie rozmiary i krótki okres istnienia sprawiają,

ż

e precyzyjne określenie czasu i miejsca ich pojawienia się stwarza wyjątkowe trudności. Aby

powstała taka trąba powietrzna muszą spełnione być dwa warunki: silny wznoszący prąd
powietrza oraz siła wprawiająca go w ruch obrotowy. Prądy wznoszące najczęściej powstają
w wyniku różnicy temperatur. Powietrze zalegające przy powierzchni ziemi jest rozgrzane
przez Słońce i zaczyna wędrować w górę. Szczególnie silne prądy wstępujące powstają
z wilgotnego powietrza, które, unosząc się w zimniejsze warstwy, wytwarza dodatkowe
ciepło w procesie kondensacji pary wodnej, a potem także podczas przemiany wody w lód.
Widocznym przejawem występowania prądów wstępujących są rozbudowane w pionie
chmury kłębiaste: Cumulusy i Cumulonimbusy. Do powstawania trąby powietrznej niezbędny
jest ruch wirowy, a odpowiednie do tego warunki występują na styku dwóch mas powietrza
poruszających się w przeciwnych kierunkach. To stosunkowo rzadka sytuacja i występuje
tylko w niektórych rejonach świata, przede wszystkim w środkowych stanach USA.

Promieniowanie słoneczne, które dociera do powierzchni Ziemi przez atmosferę, ulega

osłabieniu na skutek pochłaniania, rozpraszania i odbicia części promieni przez drobiny
gazów. Najważniejszą rolę odgrywa promieniowanie bezpośrednie, czyli ilość energii, która
dociera do Ziemi bezpośrednio ze Słońca pod postacią wiązki równoległych promieni.
Wielkość tego promieniowania zależy od kąta padania promieni i wykazuje przebieg dobowy
i roczny. W ciągu dnia największe natężenie osiąga w godzinach południowych, natomiast
najmniejsze o wschodzie i zachodzie Słońca. W przebiegu rocznym maksymalne natężenia
bezpośredniego występują w lecie, a minimalne w zimie. Wraz ze wzrostem wysokości
natężenie promieniowania rośnie, gdyż zmniejsza się miąższość atmosfery oraz zwiększa się
przezroczystość. Czynnikiem decydującym o promieniowaniu jest również rodzaj i stopień

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

zachmurzenia.

Chmury

wysokie

w

niewielkim

stopniu

osłabiają

intensywność

promieniowania, a niskie całkowicie hamują.

Promieniowanie rozproszone zmienia się w ciągu dnia i rośnie do południa w miarę

wzrostu wysokości Słońca, a maleje po południu. Wraz ze wzrostem wysokości jego wielkość
maleje, bo w rzadszym i czystym powietrzu jest mniej różnych zawiesin. Im mniejsza
przezroczystość powietrza, tym natężenie promieniowania rozproszonego jest większe.

Promieniowanie całkowite jest sumą promieniowania bezpośredniego i rozproszonego.

Zależy od szerokości geograficznej, długości dnia, zachmurzenia i pokrycia terenu. W miarę
zmniejszania się szerokości geograficznej wzrasta promieniowanie całkowite, dzięki silnie
powiększającemu się promieniowaniu bezpośredniemu. Promieniowanie rozproszone podlega
niewielkim wahaniom w zależności od stopnia zachmurzenia i przezroczystości atmosfery.
W wysokich szerokościach przeważa promieniowanie rozproszone nad bezpośrednim,
a w szerokościach niskich jego udział przekracza 30%. Szczegółowa charakterystyka
promieniowania znajduje się w jednostce 311[23] O1.02.

Usłonecznienie, czyli insolacja to czas, w którym promieniowanie bezpośrednie

dochodzi do powierzchni terenu. Usłonecznienie mierzy się jako sumę dobową operacji
Słońca, sumę miesięczną i sumę roczną. Usłonecznienie dobowe zależy od trzech czynników:
–

długości dnia, która określona jest przez czynniki astronomiczne – datę i związaną z nią
wartością deklinacji Słońca oraz szerokości geograficznej miejsca obserwacji. Ten zespół
czynników określa tak zwane usłonecznienie maksymalnie możliwe (Um), czyli czas od
momentu wschodu Słońca do momentu jego zachodu,

–

zachmurzenia, które ogranicza możliwość dotarcia promieni słonecznych do powierzchni
(czynnik meteorologiczny),

–

zespołu czynników topograficznych (rzeźba terenu), który może powodować zacienienie
terenu przez znajdujące się w miejscu pomiarów wyniosłości terenowe lub własne cechy
powierzchni jak nachylenie czy ekspozycja danej powierzchni. Czynniki te mają duże
znaczenie na lądzie, a zwłaszcza w górach i terenach silnie rozciętych, przyczyniając się
do silnego lokalnego zróżnicowania dopływu promieni słonecznych do powierzchni
terenu,

gdzie

może

to

być

przyczyną

silnego

zróżnicowania

warunków

topoklimatycznych. Na morzu, gdzie nie występuje zasłonięcie widnokręgu, nie odgrywa
ż

adnej roli.

W rocznym przebiegu usłonecznienia można zauważyć prawidłowości:

–

w strefie umiarkowanej półkuli północnej maksimum przypada na czerwiec lub lipiec,
minimum na grudzień,

–

w podzwrotnikowych obszarach pustynnych maksimum tej strefy występuje w czerwcu
i wrześniu,

–

w strefie międzyzwrotnikowej maksimum zbiega się z porą suchą, a minimum
z deszczową,

–

obszary monsunowe posiadają maksimum przed monsunem letnim,

–

tereny górskie mają na ogół mniejsze usłonecznienie niż niziny w tych samych
szerokościach geograficznych wskutek silnego rozwoju chmur kłębiastych na stokach,
jedynie okres zimy odznacza się korzystniejszymi warunkami insolacyjnymi, ponieważ
łańcuchy górskie wznoszą się ponad poziom niskich chmur warstwowych.

Temperatura powietrza, gleby i wody jest uwarunkowana głównie od ilości energii

słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi. Największe znaczenie w kształtowaniu
warunków pogodowych ma wymiana ciepła między atmosferą a podłożem. Temperatura jest
wielkością fizyczną określającą stopień nagrzania ciała. Określa się ją w stopniach skali
termometrycznej. Obecnie najpowszechniej jest stosowana skala Celsjusza od 0° do 100°.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

W całym przekroju atmosfery pojawiają się określone prawidłowości w pionowym

rozkładzie temperatur. Gazy atmosfery ogrzewają się od podłoża, dlatego im wyżej tym
temperatura jest niższa. Spadek temperatury, rozpatrywany jako efekt wyżej opisanego
mechanizmu jest określany jako zwykły pionowy gradient temperatury. Temperatura
powietrza w układzie pionowym zmienia się wraz z wysokością, przy względnie stałym
tempie spadku o 0,4° – 1°C.

W dobowym przebiegu temperatur jej minimum obserwuje się tuż po wschodzie Słońca,

po czym temperatura powietrza wzrasta, by osiągnąć maksimum ok. godz. 14–15 czasu
słonecznego. Następnie obserwuje się powolny spadek temperatur powietrza, aż do
wczesnych godzin rannych. Różnica między maksymalną a minimalną temperaturą w ciągu
doby określana jest jako dobowa amplituda powietrza. Na wielkość tego parametru wpływają:
szerokość geograficzna, odległość od zbiorników wodnych, ukształtowanie powierzchni,
rodzaj podłoża, zachmurzenie.
–

w strefie zwrotnikowej na obszarach pustyń, gdzie dopływ promieniowania słonecznego
jest bardzo duży, następuje silne nagrzanie podłoża, a w konsekwencji wysoką
temperaturę powietrza. Po zachodzie Słońca ustaje dopływ promieniowania, powodując
silne wychłodzenie, potęgowane przez brak zachmurzenia. Temperatura przy gruncie
może spaść poniżej 0°C. Wobec takiej sytuacji dobowe amplitudy temperatur sięgają
50–60°C.

–

nad obszarami oceanicznymi dobowe amplitudy powietrza są wielokrotnie mniejsze niż
nad lądami, nawet w tych samych szerokościach geograficznych.
Przestrzenne zróżnicowanie średniej rocznej temperatury powietrza przedstawia się na

mapach za pomocą linii jednakowych temperatur – izoterm. Średnia roczna temperatura
powietrza maleje od obszarów równikowych ku biegunom. Gdyby rozkład temperatur był
uzależniony jedynie od szerokości geograficznej, to izotermy układałyby się równoleżnikowo.
Ich przebieg na pewnych obszarach znacznie różni się od takiego układu rys.4

Rys. 4. Średnie roczne temperatury na świecie

[http://www.wiking.edu.pl/upload/geografia/images/swiat_srednie_temperatury_roku.gi]

Mają wpływ na to następujące czynniki:

–

rozkład lądów i mórz – na półkuli północnej, gdzie przeważają lądy, temperatura jest
nieznacznie wyższa niż na półkuli południowej, gdzie dominują oceany,

–

prądy morskie – ciepłe prądy podwyższają temperaturę w strefach wybrzeży, natomiast
zimne ochładzają powietrze,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

–

wysokość nad poziomem morza – temperatura wraz ze wzrostem wysokości
bezwzględnej maleje o 0,6°C/100 m,

–

rzeźba terenu – stoki o ekspozycji południowej otrzymują więcej energii cieplnej niż
tereny o ekspozycji przeciwnej (dotyczy to półkuli północnej, a na południowej jest
odwrotnie),

–

pokrycie i barwa terenu – nad podłożem ciemnym o niskim współczynniku albedo
temperatura powietrza jest wyższa niż na obszarach o dużym albedo.
Na kuli ziemskiej występuje strefowość termiczna, która odpowiada strefom oświetlenia

Ziemi. W strefie okołorównikowej średnia temperatura wynosi 25°C, zaś na obszarach
okołobiegunowych -23°C. Średnia temperatura dla całej kuli ziemskiej kształtuje się na
poziomie 15°C.

Oprócz pomiarów temperatury atmosfery, do celów synoptycznych i klimatycznych

dokonuje się także, oznaczeń temperatury powierzchniowej warstwy Ziemi oraz temperatury
w naturalnych zbiornikach wodnych (jeziora, morza, oceany itp.). Jest to istotne z dwóch
powodów: temperatura taka, wskazuje na warunki bilansu promieniowania słonecznego
i możliwości oddziaływania na temperaturę atmosfery, a ponadto jest przydatna do określenia
warunków, w jakich przebiegają procesy biologiczne.

Temperatura podłoża stałego (gleby) na ogół nie różni się od temperatury powietrza.

Duże zróżnicowanie skał, różne rodzaje gleb, zmienne właściwości fizyczne, rodzaj
porastającej roślinności, mają decydujący wpływ na termikę gruntu. Tego też zarówno
atmosfera jak i gleba charakteryzują się zmiennością czasową oraz przestrzenną temperatury.

Bezpośredni wpływ na kształtowanie się temperatury gleby ma docierająca do niej

energia słoneczna. Gleba, w odróżnieniu od atmosfery jest chemicznie zróżnicowana
w swoim profilu, co ma wpływ na warunki cieplne. Warunki te najsilniej zdeterminowane są
relacją między fazami gleby: fazą ciekłą, stałą i gazową. Każda z tych faz ma odmienne
właściwości cieplne, a temperatura ustala się jako wypadkowa tych właściwości.

Przebieg temperatury gleby w cyklu rocznym jest identyczny z rozkładem temperatury

atmosfery. Dotyczy to zwłaszcza cienkiej warstwy powierzchniowej gleby i warstwy
atmosfery tuż nad jej powierzchnią. Im bardziej w głąb, tym temperatura gleby wykazuje
większe różnice w stosunku do temperatury podstawy atmosfery. Ciepło w glebie
przemieszcza się w kierunku zależnym od gradientu termicznego. W dzień, gdy bilans
powierzchniowy jest dodatni, strumień energii jest skierowany w dół, w nocy odwrotnie.
Tempo przenikania zależy od sumy przyjmowanej energii i dlatego niezależnie od kierunku
przewodzenia, zróżnicowanie termiki w profilu glebowym jest różne. W rezultacie notujemy
inne wahania temperatury gleby w ciągu dnia i nocy, a także odmienne w różnych porach
roku.

Duży wpływ na temperaturę gleby ma również jej szata roślinna, która stanowi warstwę

ochronną, zabezpieczającą glebę przed utratą ciepła. Warstwa roślinna przechwytuje również
część energii, zmniejszając strumień jej dopływu do gleby. W wyniku takich uwarunkowań
gleba pod roślinnością charakteryzuje się niższą temperaturą niż gleba nieosłonięta.

W zbiornikach wodnych warunki termiczne kształtują się nieco inaczej. Tutaj wymiana

ciepła odbywa się z wykorzystaniem wszystkich sposobów jego przemieszczania. Ogrzana
powierzchniowo woda przewodzi ciepło w dół, ruchy konwekcyjne warstw powodują
przemieszczanie się energii wraz z materią. Ponadto woda wykazuje dużą przeźroczystość,
dzięki czemu energia słoneczna może docierać nie tylko do powierzchni lustra wody, ale
również w jej głębsze warstwy. Pojemność cieplna wody jest większa niż gruntu. W związku
z tym woda w zbiornikach wymaga znacznie większej ilości energii na ogrzanie się
o jednostkę temperatury niż gleba. Dlatego też na początku dnia, jak i na początku pory
ciepłej zbiorniki wodne są chłodniejsze niż pobliskie obszary lądowe. Jednakże to samo
ciepło dłużej zostaje zmagazynowane w wodzie i to właśnie obszary wód o zachodzie i na

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

początku zimy bywają znacznie cieplejsze. O ile wahania temperatur w glebie sięgają
kilkunastu metrów, o tyle amplitudy dobowe w przekroju zbiornika wodnego są notowane na
kilkudziesięciu, a roczne nawet na kilkuset metrach. Ciepło powierzchni wód jest
utrzymywane dłużej, gdyż wypromieniowaniu energii z warstw górnych towarzyszy zwykle
dopływ ciepła z głębi.

Parowanie jest to proces przechodzenia wody ze stanu ciekłego w stan gazowy.

Przemiana ta pochłania duże ilości ciepła, dostarczane niemal w całości przez Słońce.
Intensywność parowania zależy od:
–

temperatury powietrza – im wyższa, tym większa intensywność parowania,

–

wilgotności powietrza – większa intensywność parowania występuje w suchym
powietrzu,

–

prędkości wiatru – parowanie rośnie wraz ze wzrostem prędkości,

–

występowania lądów i mórz – obszary wodne mają większą potencjalną możliwość
dostarczania pary wodnej do atmosfery niż lądowe,

–

rodzaju powierzchni – powierzchnie pokryte roślinnością, niezabudowane mają większą
zdolność magazynowania wody, natomiast tereny pokryte asfaltem i utwardzone
uniemożliwiają wsiąkanie, więc mają większą zdolność parowania.
Na lądach parowanie zachodzi z powierzchni wód, gruntu, roślinności (transpiracja),

a także z powierzchni lodowców (sublimacja). Wielkość parowania z powierzchni lądowych
waha się od 100 mm na obszarach podbiegunowych i pustyniach do 2 000 –3 000 mm
w wilgotnej strefie klimatu równikowego.

Wilgotność powietrza określa zawartość pary wodnej. Para wodna przedostaje się do

atmosfery w wyniku wyżej opisanych procesów parowania. Stopień nasycenia parą wodną
przyziemnej warstwy powietrza określamy kilkoma parametrami:
–

wilgotność bezwzględna – jest to masa pary wodnej zawarta w jednostce objętości
powietrza wyrażona w gramach, jej wartość maleje wraz ze wzrostem szerokości
geograficznej,

–

wilgotność względna – jest to stosunek ciśnienia pary wodnej zawartej aktualnie
w jednostce objętości powietrza do maksymalnego ciśnienia pary wodnej w danej
temperaturze wyrażony w procentach, jeśli wskaźnik ten jest mniejszy niż 100 %, mówi
się o niedosycie wilgotności, przy wilgotności 100 % powietrze jest nasycone,

–

prężność pary wodnej – jest to cząstkowe ciśnienie pary wodnej wyrażone w hPa.

Opady i osady atmosferyczne są ostatnim ogniwem łańcucha zjawisk, składających się

na proces krążenia wody. Są to produkty kondensacji pary wodnej, które spadają na
powierzchnię Ziemi, ale również unoszą się w powietrzu lub osiadają na powierzchni Ziemi
i przedmiotach znajdujących się na niej. Opady spadające na powierzchnie Ziemi najczęściej
występują w postaci deszczu, śniegu lub gradu. Nie wszystkie jednak chmury są źródłem
opadów. Gdy chmura zbudowana jest wyłącznie z bardzo małych kropelek wody, to nie są
one w stanie opaść na powierzchnię Ziemi, bowiem prawie natychmiast po opuszczeniu
chmury wyparowują, a ponadto z reguły prędkości wstępujących prądów powietrza są
większe niż prędkości opadania tak małych kropel wody. Jednak w niektórych chmurach
mogą zachodzić procesy prowadzące do zwiększania rozmiarów kropel i kryształów, do
takiego stopnia, iż spowoduje to ich wypadanie, czyli zjawisko opadu atmosferycznego.
Wzrost rozmiarów kropelek wody tworzących chmurę następuje w wyniku ich zderzenia
i zlewania się. Łatwiej zderzają się i łączą, gdy posiadają różne rozmiary, ponieważ spadają
z różnymi prędkościami. Gdy w chmurze znajduje się pewna ilość kropelek wody
o większych rozmiarach (mogą one powstać na szczególnie dużych jądrach kondensacji), na
przykład o średnicy około 50 µm, a większość kropelek tworzących chmurę ma rozmiary
mniejsze, to część zderzeń i łączenia się kropel jest znaczna i wzrasta ze wzrostem kropelek

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

dużych. W ten sposób powstają opady w postaci deszczu o małym natężeniu z niskich chmur
o budowie warstwowej, które zbudowane są wyłącznie z kropelek wody. Są to opady drobne
i określa się je jako mżawkę. W niskich szerokościach geograficznych, w ten sposób tworzą
się opady deszczu z chmur kłębiasto-deszczowych. Ich miąższość wynosi kilka kilometrów
i budują je wyłącznie kropelki wody.

Opady atmosferyczne (hydrometeory) można sklasyfikować jako:

−

deszcz,

−

mżawkę,

−

ś

nieg z deszczem,

−

krupy śnieżne,

−

grad.
Deszcz jest to opad złożony z kropel wody o średnicy większej niż 0,5 mm. Jest to

najczęściej pojawiający się efekt opadowy w naszym klimacie. Mżawka oznacza opad
drobnych kropelek wody o średnicy mniejszej niż 0,5 mm, które spadają bardzo wolno i są
łatwo przenoszone przez wiatr w kierunku poziomym. Śnieg stanowi opad kryształków lodu,
które mają bardzo delikatną, rozgałęzioną strukturę. Podstawową formą tego opadu są
gwiazdki sześcioramienne o bogatej kompozycji. Przy temperaturach nieco niższych od zera
kryształki łączą się w płatki (śnieżynki), a te często w duże płaty. Małe gwiazdki śniegu
(mniejsze od 1 mm) padające z chmur, gdy temperatura jest niższa od – 10°C nazywają się
pyłem diamentowym. Śnieg z deszczem lub opad mokrego śniegu pojawia się
w temperaturach zbliżonych do zera lub nieco wyższych od zera. Krupy śnieżne pojawiają się
w postaci białych, kulistych lub stożkowatych kulek o średnicy od 2 do 5 mm. Ich
charakterystyczna cecha objawia się podczas spadania na twarde podłoże, od którego odbijają
się i rozpryskują. Grad jako kulki lub bryłki lodu o średnicy do 50 mm, czasami większe,
o nieforemnym kształcie (gradziny), pada przy temperaturach wyższych od 0°C, w ciepłej
porze roku, zwykle towarzyszy mu burza atmosferyczna. Powstanie gradu gwarantują wysoko
wypiętrzone chmury Cumulonimbus. Z tego powodu intensywne opady gradu pojawiają się
najczęściej w niskich szerokościach geograficznych, a największe gradziny, wielkości
kurzego jaja, są obserwowane w strefie międzyzwrotnikowej. Można wyróżnić jeszcze takie
kategorie opadów, jak deszcz marznący, mżawka marznąca, śnieg ziarnisty, ziarna lodowe
i słupki lodowe.

Ze względu na czas trwania i intensywność opadów można dokonać ich klasyfikacji na

kilka grup.

Opady ciągłe to opady deszczu lub śniegu trwające dłużej niż 6 godzin bez przerwy lub

z bardzo krótkimi przerwami, charakteryzujące się równomiernym natężeniem, większym niż
0,5 mm/h. Opady takie swoim zasięgiem obejmują przeważnie rozległe tereny. Źródłem ich
są chmury deszczowe warstwowe i średnie warstwowe, uformowane w strefie wznoszenia się
powietrza frontu ciepłego. Kolejnym rodzajem opadów są opady przelotne. Charakteryzują
się krótkim czasem trwania i zmiennym, lecz dużym natężeniem (ulewy). Pochodzą one
z chmur kłębiastych deszczowych. Opady te charakteryzują zjawiska burzowe i przeważnie są
połączone z silnymi oraz porywistymi wiatrami, a także zjawiskami burzowymi jak grzmoty,
pioruny czy błyskawice. Krótkotrwałość takich opadów spowodowana jest faktem, że
pojawiają się z chmur o dużej rozciągłości pionowej, lecz małej poziomej. Do innej grupy
opadów należą opady roszące. Są to opady bardzo drobnej mżawki lub bardzo małych
ś

nieżynek pochodzące z chmur niskich warstwowych lub kłębiasto-warstwowych.

Dobowy i roczny przebieg opadów można sklasyfikować jako kontynentalny i morski.

Opady stanowią istotny element typów klimatycznych na Ziemi. Opady dobowe w klimacie
kontynentalnym, w szerokościach umiarkowanych, charakteryzują się maksimum wysokości
występującym popołudniu, co wiąże się z najsilniejszym rozwojem konwekcji, a minimum
notuje się w nocy. W morskim typie klimatycznym jest odwrotnie – najwyższe wartości

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

opadów pojawiają się w nocy i nad ranem jako następstwo oziębiania się wilgotnego
powietrza w skutek nocnego wypromieniowania. Roczny przebieg wysokości opadów
w strefie kontynentalnej umiarkowanych szerokości geograficznych charakteryzuje się tym,
ż

e najwyższe opady występują latem, a najniższe zimą. W rejonach, gdzie przeważa morski

typ klimatu, maksimum wysokości opadów przypada na jesień i zimę, a minimum na wiosnę
i wczesne lato. Mimo takiego zróżnicowania, ich rozkład czasowy jest w tym przypadku
zdecydowanie równomierniejszy. Przestrzenny rozkład opadów atmosferycznych na
powierzchni kuli ziemskiej jest bardzo zróżnicowany. Największe roczne sumy opadów
notuje się w Ameryce Południowej i Środkowej, najsuchszym zaś kontynentem jest Australia.

Przebieg roczny opadów zależy zarówno od ogólnej cyrkulacji atmosfery jak i od

lokalnych czynników fizykogeograficznych. Można wymienić kilka typów przebiegów
opadów:
1.

Typ równikowy – występuje do 10ºszerokości geograficznej na każdej półkuli, w ciągu
roku występują dwa okresy deszczowe, oddzielone od siebie okresami dość suchymi.
Okresy deszczowe występują, gdy wewnątrzzwrotnikowa strefa konwergencji znajduje
się blisko równika i konwekcja jest najsilniej rozwinięta. Główne minimum przypada na
okres lata na półkuli północnej i południowej, kiedy wewnątrzzwrotnikowa strefa
konwergencji jest najbardziej oddalona od równika.

2.

Typ zwrotnikowy – ma dwa maksima w przebiegu rocznym temperatury łączą się
w jedno – letnie. Jednocześnie dwa okresy deszczowe również łączą się w jeden letni
okres deszczowy, w czasie, gdy Słońce położone jest najwyżej. W pobliżu zwrotnika
mniej więcej 4 miesiące w ciągu roku obfitują w deszcze, a 8 pozostałych miesięcy jest
suchych.

3.

Typ monsunów zwrotnikowych – występuje na obszarach, gdzie dominuje cyrkulacja
monsunowa (np. Indie, południowo-wschodnie Chiny, obszar Zatoki Gwinejskiej,
północne tereny Australii), roczny przebieg opadów jest taki sam jak w poprzednim typie
– z maksimum w lecie i minimum w zimie, lecz o większej amplitudzie.

4.

Typ śródziemnomorski – dominuje na wyspach i w częściach zachodnich kontynentów
szerokości podzwrotnikowych, gdzie zaznaczają się różnice między okresem wilgotnym
i suchym. Maksimum opadów przypada tu jednak na zimę lub jesień. Suche lato jest
uwarunkowane wpływami wyżów podzwrotnikowych, przez które w dłuższym okresie
czasu utrzymuje się pogoda prawie bezchmurna i sucha. W zimie wyże przesuwają się do
niższych szerokości geograficznych i obszary podzwrotnikowe są pod wpływem
działalności cyklonalnej szerokości umiarkowanych. Wilgotny i suchy okres trwa po pół
roku. Taki typ rocznego przebiegu opadów występuje w krajach śródziemnomorskich,
również w Kalifornii, na południu Afryki, na południu Australii, gdzie istnieją podobne
warunki cyrkulacji atmosfery. Do tego samego typu należą opady na Krymie oraz
w pustyniach Azji Środkowej.

5.

Typ wewnątrzkontynentalny szerokości umiarkowanych – występuje we wnętrzu
kontynentów w szerokościach umiarkowanych. Maksimum opadów przypada na lato,
natomiast minimum na zimę, w okresie przewagi wyżów. W Azji przebieg roczny
opadów jest szczególnie wyraźny, ponieważ w zimie panują tam potężne ośrodki
wyżowe, przynoszące pogodę suchą. Ten typ rocznego przebiegu opadów występuje
również w Europie oraz w Ameryce Północnej.

6.

Typ morski szerokości umiarkowanych – obejmuje zachodnie częściach kontynentów
szerokości umiarkowanych, gdzie niże zdarzają się częściej w zimie niż w lecie. Dlatego
przeważają tam opady zimowe albo też równomierny rozkład opadów w ciągu roku. Na
obszarach przybrzeżnych Europy Zachodniej, jesień i zima są porami roku najbogatszymi
w opady, najsuchsze natomiast jest wczesne lato i wiosna. Podobny rozkład roczny
obserwuje się nad oceanami w szerokościach umiarkowanych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

7.

Typ monsunowy szerokości umiarkowanych – dominuje na wschodzie kontynentu Azji,
maksimum opadów przypada na lato, podobnie jak wewnątrz lądu, natomiast minimum
notuje się zimą. Lecz przebieg roczny opadów na obszarach monsunowych ma jeszcze
bardziej

wyraźny

charakter.

Amplituda

jest

większa

niż

na

obszarach

wewnątrzkontynentalnych, na co wpływ maja obfite opady letnie.

8.

Typ polarny – jego charakterystyczną cechą rocznego przebiegu opadów jest letnie
maksimum, ponieważ w lecie zawartość pary wodnej w powietrzu jest tutaj znacznie
większa niż w zimie, a następnie działalności cyklonalnej w niewielkim tylko stopniu
zmienia się w ciągu roku.

Rys. 5. Średnie roczne sumy opadów na świecie

[http://www.wiking.edu.pl/upload/geografia/images/swiat_srednie_temperatury_roku.gi]

Osady jako produkty kondensacji, powstają na styku między atmosferą a powierzchną

Ziemi i przedmiotami na niej występującymi. Najbardziej typowe osady to rosa, szron,
gołoledź i szadź:

−

rosa – powstaje w wyniku skraplania się pary wodnej w warstwie powietrza stykającego
się z wychłodzonym podłożem w dodatniej temperaturze, warunki takie występują
podczas bezchmurnych i bezwietrznych wieczorów i ranków, kiedy wypromieniowanie
jest duże, rosę tworzą kropelki wody występujące na powierzchni gleby, skał, roślin
i innych przedmiotów,

−

szron – jest tworzony przez kryształki lodowe powstające podobnie jak rosa, tylko przy
ujemnych temperaturach na powierzchni Ziemi, para wodna, stykając się z zimnymi
powierzchniami, resublimuje się na nich w postaci kryształków lodu przybierających
różną postać (igieł, łusek, wachlarzy itp.),

−

szadź – powstaje w ujemnych temperaturach, w wyniku zetknięcia się przechłodzonych
kropelek mgły z zimnymi, przechłodzonymi przedmiotami, wykształca się ona w postaci
srebrzystobiałego, krystalicznego nalotu o grubości od kilku milimetrów do
kilkudziesięciu centymetrów, najczęściej tworzy się ona podczas mglistej, mroźnej
pogody,

−

gołoledź – jest to osad lodowy, powstający wskutek zamarzania silnie przechłodzonych
kropelek mgły, mżawki lub deszczu, na powierzchniach o temperaturze oscylującej
wokół 0°C, może powstawać także przy zetknięciu opadu z podłożem cechującym się
ujemnymi temperaturami.

Zachmurzenie nazywamy wielkość pokrycia nieba przez chmury. Zachmurzenie ma

duże znaczenie dla obiegu ciepła na Ziemi, ponieważ odbija bezpośrednie promieniowanie
słoneczne i zmniejsza jego dopływ do powierzchni Ziemi. W umiarkowanych szerokościach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

geograficznych nad lądami w lecie występuje największe zachmurzenie popołudniu oraz
w godzinach rannych. W zimie z reguły notuje się tylko jedno maksimum poranne. Po
południu duże zachmurzenie powodują chmury o budowie pionowej – kłębiaste,
a w godzinach rannych (czasem w nocy) związane jest ono najczęściej z chmurami
warstwowymi. W szerokościach międzyzwrotnikowych przez cały rok w ciągu doby
występuje jedno maksimum zachmurzenia przypadające na godziny południowe
i popołudniowe, związane z intensywnym rozwojem chmur kłębiastych. W ciągu roku
największym zachmurzeniem w naszych szerokościach geograficznych odznacza się zima,
a najmniejszym wiosna i lato. Między zwrotnikami największe jest latem, a mniejsze
w miesiącach zimowych.

Wpływ elementów meteorologicznych na organizmy żywe
Wśród czynników środowiska przyrodniczego wyodrębnia się grupa oddziałująca na

organizmy żywe określana jako czynniki meteorologiczne i klimatologiczne. Decydują one
o warunkach życia na lądzie i w oceanach, określają procesy przebiegające w środowisku
oraz wpływają na warunki życia poszczególnych organizmów i populacji. Działanie zespołu
czynników klimatologicznych i meteorologicznych warunkuje możliwość występowania
w danej strefie geograficznej określonych gatunków, reguluje aktywność organizmów,
wpływa też na ich metabolizm, rozród oraz długość życia. Efekty tych oddziaływań są
widoczne w postaci odrębności flory i fauny w poszczególnych strefach klimatycznych.

Prawidłowe funkcjonowanie człowieka również zależy w dużym stopniu od warunków

klimatycznych i meteorologicznych. Badaniem bezpośredniego i pośredniego wpływu
klimatu i pogody na żywe organizmy, zwłaszcza na organizm człowieka oraz ustalanie
prognoz dotyczących samopoczucia ludzi, zachorowalności i przebiegu chorób – w zależności
od przewidywanej pogody zajmuje się biometeorologia i bioklimatologia.

Najważniejszymi

czynnikami

meteorologicznymi

warunkującymi

prawidłowe

funkcjonowanie organizmów na Ziemi są:
1.

Promieniowanie słoneczne, które jest głównym źródłem ciepła na Ziemi, dociera do
atmosfery pod postacią promieniowania: ultrafioletowego, widzialnego i podczerwonego.

−

promieniowanie ultrafioletowe powoduje u roślin wzrost odporności na choroby,
w środowiskach naturalnych odbywa się proces dezynfekcji, podczas której ulegają
zniszczeniu bakterie, grzyby i ich zarodniki. Pewne ilości promieniowania UV są
ważne ze względu na syntezę witaminy D. Jednak zbyt duże dawki tego
promieniowania są groźne dla życia, szczególnie wobec utraty znacznych ilości
ozonu w stratosferze, wskutek rosnącej ilości zanieczyszczeń powodujących ubytek
tego gazu,

−

promieniowanie widzialne określane jako światło decyduje o procesie fotosyntezy,
wpływa na przemianę materii, stymuluje zachowanie i rozwój wszystkich gatunków
organizmów, zaś cykliczność promieniowania wpływa na rytmikę i adaptację do
warunków otoczenia. Światło słoneczne ma również wpływ na fizjologię i psychikę
człowieka, zarówno jego brak jak i nadmiar ma szkodliwe działanie,

−

promieniowanie podczerwone jest to promieniowanie długofalowe dzięki któremu,
Ziemia staje się wtórnym źródłem energii. Większą część tego promieniowania
pochłania para wodna i dwutlenek węgla, chroniąc Ziemię przed nadmierną utratą
ciepła. Szczególnie korzystne jest ono dla roślin przy niskich temperaturach.

2.

Temperatura powietrza w sposób bezpośredni wpływa na czynności życiowe
organizmów roślinnych oraz człowieka, decyduje o rozwoju, aktywności i działalności
w określonych sytuacjach środowiskowych. Wszystkie procesy fizjologiczne znajdują się
pod wpływem warunków termicznych. Szczególnie jest to widoczne w szeroko
rozumianych zjawiskach strefowości: roślinnej, glebowej, w przestrzeni poziomej jak

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

i pionowej. Termiczny zakres temperatur odpowiednich dla danego gatunku jest bardzo
zróżnicowany i związany z odpornością na wartości skrajnie wysokie lub niskie. Dla
człowieka optymalne warunki termiczne wynikają z temperatury i wilgotności powietrza,
prędkości wiatru, czy poziomu aktywności fizycznej. Do terenów, na których brak
stałego osadnictwa, z powodu niekorzystnych temperatur są obszary wysokogórskie,
pustynie, regiony okołobiegunowe.

3.

Opady atmosferyczne to jeden z ważniejszych elementów obiegu wodnego, który
decyduje o zasobności danego terenu w wodę. Całkowita ilość wody znajdująca się na
Ziemi jest stała. Większa część skupiona jest w stanie ciekłym w oceanach i morzach,
natomiast lądy otrzymują ją w postaci opadów atmosferycznych. Część wody
wyparowuje, część w postaci spływu powierzchniowego przedostaje się do rzek, a reszta
wsiąka w glebę. Ważną rolę odgrywa również parowanie z różnych powierzchni oraz
z organizmów żywych. Ilość wody znajdującej się w obiegu na kuli ziemskiej decyduje
o bilansie wodnym obszarów. Brak równowagi pomiędzy przychodem a rozchodem
prowadzi do poważnych zmian w zawartości wody w gruncie i atmosferze, a co się z tym
wiąże, poważnych odkształceń środowiska. Na obszarach lądowych woda stanowi
podstawowy warunek występowania, przeżycia i rozwoju wszelkich form organizmów
ż

ywych. Do terenów deficytowych pod względem zasobności wód zaliczamy obszary

klimatów pustynnych oraz kontynentalnych, a także tereny okołobiegunowe, gdzie woda
występuje w postaci stałej. Są to tereny, na których brak możliwości funkcjonowania
człowieka oraz rozwoju szaty roślinnej. Obszarami o również niekorzystnych warunkach
wodnych są regiony w klimacie równikowym wilgotnym, gdzie wysokie opady i duża
wilgotność powietrza oraz wysoka temperatura znacznie utrudniają funkcjonowanie
człowieka, choć są korzystne dla rozwoju roślinności. Regiony o klimatach
monsunowych, gdzie wysokie opady występują w określonych porach roku, choć są
korzystnymi dla gospodarko człowieka, to jednak stwarzają poważne zagrożenia
związane z powodziami. Zarówno niedobór wilgoci, jak i jej nadmiar, jest szkodliwy dla
człowieka. Mała wilgotność na obszarach suchych powoduje silne odwodnienie
organizmu, a w przypadku niemożliwości uzupełnienia niedoboru wody może prowadzić
do śmierci. Na pustyniach w strefie klimatów umiarkowanych możliwość stałego
osadnictwa jest ograniczona do obszarów o opadach rocznych przekraczających 200 mm.
Niekorzystny jest również nadmiar wilgoci w powietrzu, która wdychana powoduje
u człowieka zmniejszenie sprawności układu oddechowego oraz znaczne obciążenie
mięśnia sercowego. Warunki optymalne do funkcjonowania życia pod względem opadów
mają strefy klimatu umiarkowanego i podzwrotnikowego.

4.

Ciśnienie atmosferyczne wykazuje znaczny wpływ na stan psychofizyczny człowieka,
natomiast nie stwierdzono jego wpływu na rośliny. Wraz ze wzrostem wysokości
następuje spadek ciśnienia atmosferycznego, znaczne rozrzedzenie powietrza oraz spadek
zawartości tlenu. Na wysokości powyżej 5 000 m brak jest stałych osiedli oraz szaty
roślinnej, natomiast 80 % ludzi zamieszkuje tereny położone poniżej 500 m nad
poziomem morza. Konsekwencją różnicy ciśnień jest poziomy ruch powietrza, czyli
wiatr. Odgrywa on dużą rolę w życiu roślin będąc często decydującym czynnikiem
ś

rodowiska. Transpiracja roślin i związane z nią straty wodne są proporcjonalne do

prędkości wiatru. Cyklony i trąby powietrzne powodują ogromne straty materialne oraz
powodzie, a niejednokrotnie prowadzą do klęsk żywiołowych, dlatego wczesne
ostrzeganie przed tymi zjawiskami ma ogromne znaczenie dla człowieka.

Czynniki klimatyczne warunkujące rozwój rolnictwa to:

−

suma opadów atmosferycznych i ich rozkład w ciągu roku,

−

wysokość temperatur i ich przebieg dobowy i roczny,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

−

długość okresu wegetacyjnego,

−

liczba dni bez przymrozków,

−

wielkość parowania.
Niekorzystne czynniki klimatyczne dla rozwoju rolnictwa to:

−

brak opadów lub ich nadmiar,

−

ulewne deszcze i burze,

−

wysokie parowanie,

−

przymrozki,

−

gradobicia,

−

długotrwałe susze.
Warunki meteorologiczne i hydrologiczne mają duże znaczenie dla rolnictwa wskutek

wzajemnego oddziaływania między klimatem a procesami produkcji rolnej. Odgrywają
również ważną rolę dla szaty roślinnej, jej możliwości rozwoju i rozmieszczenia.

Strefy roślinne to obszary dominowania określonych typów formacji roślinnych.

Obejmuje ona zbiorowiska roślinne o podobnym wyglądzie zewnętrznym uwarunkowanym
przewagą podobnych form życiowych roślin. Występowanie niektórych formacji roślinnych
ograniczone jest tylko do jednej strefy klimatycznej (np. tajga), inne zaś występują w kilku
strefach. Wykazują wtedy znaczne zróżnicowanie w zależności od panujących warunków
klimatycznych. Największa jest różnorodność formacji leśnych, występujących w tych
strefach klimatycznych, w których temperatura najcieplejszego miesiąca przekracza 10°C
przy jednoczesnej dostatecznej ilości opadów W zależności od zróżnicowanych warunków
klimatycznych lasy zmieniają się od: bujnych, zawsze zielonych lasów równikowych, poprzez
lasy monsunowe, lasy zrzucające liście w porze suchej, zimozielone lasy iglaste, lasy
liściaste, lasy mieszane po ubogą gatunkowo tajgę dalekiej północy.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jak klasyfikuje się meteorologię?

2.

Co to jest normalne ciśnienie atmosferyczne?

3.

Jakie czynniki mają wpływ na wielkość ciśnienia atmosferycznego?

4.

Jakie rozróżnia się układy baryczne?

5.

Co to jest wiatr?

6.

Jakie znasz rodzaje klasyfikacji wiatrów?

7.

Co to jest usłonecznienie?

8.

Jakie czynniki mają wpływ na rozmieszczenie temperatur na kuli ziemskiej?

9.

Od czego zależy intensywność parowania?

10.

Jakie znasz rodzaje hydrometeorów?

11.

Jakie znasz roczne typy przebiegów opadów?

12.

Czym się różni opad od osadu atmosferycznego?

13.

Od czego zależy zachmurzenie?

14.

Jakie czynniki meteorologiczne mają największy wpływ na funkcjonowanie organizmów
ż

ywych?

15.

Które czynniki klimatyczne warunkują rozwój rolnictwa?

16.

Jakie zjawiska meteorologiczne mają negatywny wpływ na produkcję rolniczą?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Opisz izolinie wartościami ciśnienia atmosferycznego zredukowanego do poziomu

morza, znajdującymi się pod poszczególnymi rysunkami tak, aby powstały ośrodki niskiego
ciśnienia (na schemacie A) oraz wysokiego ciśnienia (na schemacie B). Scharakteryzuj
powstałe układy baryczne z uwzględnieniem charakterystycznych dla nich warunków
pogodowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

określić wartości ciśnienia atmosferycznego izolinii,

2)

przeanalizować poszczególne układy baryczne,

3)

wymienić charakterystyczne cechy oznaczonych układów barycznych,

4)

scharakteryzować warunki pogodowe w określonych układach barycznych,

5)

zaprezentować wykonanie ćwiczenia,

6)

dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kserokopie rysunków,

−

długopis lub ołówek,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca ciśnienia atmosferycznego.

Ćwiczenie 2

Na podstawie map klimatycznych dotyczących rozkładu temperatur powietrza na Ziemi

w styczniu i w lipcu, dokonaj analizy czynników kształtujących parametry i rozmieszczenie
temperatur na Ziemi.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeanalizować mapy klimatyczne rozkładu temperatur,

2)

przeanalizować rozkład temperatur powietrza na kuli ziemskiej,

3)

określić czynniki mające wpływ na różnice w przebiegu temperatur na tych samych
szerokościach geograficznych,

4)

określić kontynenty, na których występuje największe zróżnicowanie temperatur,

5)

określić czynniki, które zadecydowały o dużym zróżnicowaniu termicznym tych
kontynentów,

6)

zaprezentować wykonane ćwiczenie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

7)

dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

8)

zapisać wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

atlas geograficzny,

−

literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia dotycząca charakterystyki temperatur na Ziemi.

Ćwiczenie 3

Na podstawie map klimatycznych dotyczących rozkładu opadów rocznych na Ziemi

zaznacz na mapie konturowej obszary o opadach większych niż 1000 mm oraz mniejszych niż
250 mm, dokonaj analizy czynników kształtujących rozmieszczenie opadów na Ziemi.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeanalizować mapy klimatyczne dotyczące rozkładu opadów rocznych na Ziemi,

2)

przeanalizować rozkład opadów rocznych na kuli ziemskiej,

3)

zaznaczyć na mapie konturowej obszary o opadach większych niż 1000 mm oraz
mniejszych niż 250 mm,

4)

określić czynniki mające wpływ na różnice w przebiegu wielkości opadów na tych
samych szerokościach geograficznych,

5)

określić kontynenty, na których występuje największe zróżnicowanie opadów,

6)

wskazać obszary o skrajnych wartościach opadów na ziemi,

7)

zaprezentować wykonane ćwiczenie,

8)

dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

9)

zapisać wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

atlas geograficzny,

−

mapa konturowa świata,

−

literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia dotycząca charakterystyki temperatur na Ziemi.

Ćwiczenie 4

Na podstawie różnych źródeł informacji dokonaj analizy zjawisk zachodzących

w atmosferze i hydrosferze, które mają negatywny wpływ na organizmy żywe. Zaproponuj
sposoby ochrony przed szkodliwym wpływem tych zjawisk.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeanalizować zjawiska zachodzących w atmosferze,

2)

przeanalizować zjawiska zachodzących w hydrosferze,

3)

określić czynniki mające negatywny wpływ na organizmy żywe,

4)

wymienić regiony, na których występują największe zagrożenie tymi zjawiskami,

5)

zaproponować sposoby ochrony przed szkodliwym wpływem tych zjawisk.

6)

zaprezentować wykonane ćwiczenie,

7)

dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

8)

zapisać wnioski.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

atlas geograficzny,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia dotycząca zjawisk mających wpływ na
organizmy żywe.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

sklasyfikować rodzaje meteorologii?

2)

zdefiniować pojęcia: ciśnienie atmosferyczne, usłonecznienie, wiatr,
opad, wilgotność powietrza, zachmurzenie?

3)

określić czynniki mające wpływ na wielkość różnych elementów
meteorologicznych?

4)

sklasyfikować rodzaje wiatrów na Ziemi?

5)

określić zróżnicowanie wielkości poszczególnych elementów
meteorologicznych na kuli ziemskiej?

6)

określić rodzaje hydrometeorów?

7)

scharakteryzować roczny przebieg elementów meteorologicznych na
kuli ziemskiej?

8)

scharakteryzować czynniki meteorologiczne, które mają największy
wpływ na funkcjonowanie organizmów żywych?

9)

określić czynniki klimatyczne warunkujące rozwój rolnictwa?

10)

zaproponować

sposoby

zapobiegania

przed

niekorzystnymi

zjawiskami meteorologicznymi dla działalności człowieka?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

4.3. Powstawanie i klasyfikacja chmur

4.3.1.

Materiał nauczania

Kondensacja pary wodnej
Para wodna obecna w powietrzu atmosferycznym przechodzi ze stanu gazowego w ciekły

lub stały w wyniku kondensacji (skroplenia – powstaje woda, resublimacji – powstają
kryształki lodu). Proces ten rozpoczyna się, gdy powietrze atmosferyczne jest nasycone parą
wodną. Taki stan występuje najczęściej przy obniżaniu temperatury powietrza aż do
osiągnięcia temperatury punktu rosy. Punkt rosy jest to temperatura, w której aktualna
prężność pary wodnej staje się prężnością pary nasyconej. Warunkiem koniecznym
kondensacji pary wodnej jest obecność jąder kondensacji. W powietrzu czystym, nawet przy
dużym przesyceniu, nie dochodzi do skraplania pary wodnej. Jądrami kondensacji są silnie
pochłaniające wodę (higroskopijne) aerozole pochodzenia morskiego (kryształki soli),
antropogenicznego (pyły, dymy), zarodniki roślin i inne. Zawartość jąder kondensacji
w powietrzu jest bardzo zmienna.

W atmosferze może dochodzić do zamarzania wody. Nie oznacza to jednak, że jeżeli

temperatura powietrza spadnie poniżej 0°C, to woda występująca w atmosferze bezwzględnie
podlega zamarzaniu. Może ona występować w stanie znacznego przechłodzenia (nawet do –
42°C).

Chmury
Najpowszechniej obserwowanym zjawiskiem, którego przyczyną jest skraplanie pary

wodnej w atmosferze jest powstawanie chmur. Chmura jest skupiskiem produktów
kondensacji pary takich jak krople wody i kryształki lodu lub ich mieszaniną. Chmury
pojawiają się w obszarze atmosfery, w którym proces kondensacji przeważa nad parowaniem.
Proces powstawania chmur jest efektem obniżania się temperatury poniżej punktu rosy, co
w atmosferze ponad powierzchnią podłoża jest możliwe dzięki ochładzaniu adiabatycznemu.
Ochładzanie to pojawia się podczas wznoszenia mas powietrza na skutek konwekcji,
turbulencji, ścierania się mas w strefach frontalnych i oddziaływań orograficznych (przepływ
powietrza nad łańcuchami górskimi).

Bezpośrednie przyczyny powstawania chmur wiążą się ze zjawiskami, które prowadzą do

wznoszenia się powietrza w górę. Powszechnym zjawiskiem jest konwekcja, czyli
uporządkowany, pionowy ruch mas powietrza. Podczas słonecznej pogody niektóre obszary
nagrzewają się intensywniej od innych, a tym samym nierównomiernie nagrzewa się
przylegające do nich powietrze. Tworzą się cieplejsze masy powietrza wynoszone w górę na
zasadzie siły wyporu. Unoszące się i ochładzające powietrze na pewnej wysokości osiąga
poziom temperatury punktu rosy i rozpoczyna się proces kondensacji pary wodnej. Poziom
kondensacji pary wodnej wyznacza też wysokość, na której znajduje się podstawa chmury.

Udział w procesie tworzenia się chmur mają również wielkoskalowe ruchy powietrza.

W wyniku ruchów określonych jako wślizgowe w obszarze frontów atmosferycznych formują
się chmury o znacznej rozciągłości poziomej, których podstawa zazwyczaj określa położenie
powierzchni frontowej. Ruchy wślizgowe towarzyszą głównie frontom atmosferycznym
w niżach barycznych. Nazwa wielkoskalowe pochodzi od tego, że w porównaniu
z objętościami powietrza obejmowanego przez ruchy konwekcyjne, te zachodzą w dużo
większych obszarach troposfery.

Kolejnym procesem tworzenia się chmur są ruchy falowe, które pojawiają się na styku

dwóch warstw różniących się temperaturą i wilgotnością. Gdy przemieszczają się one wobec
siebie, jedna nad drugą, w obszarze wzajemnych oddziaływań fizycznych powstają
zaburzenia falowe o znacznej długości i amplitudzie. Faliste wznoszenie powoduje, że na

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

wierzchołkach fal powietrze ochładza się adiabatycznie, doprowadzając do kondensacji pary
wodnej (w części opadającej fali powietrze ogrzewa się i nie pojawiają się tutaj produkty
kondensacji). Z tego powodu chmury pojawiające się jako następstwo ruchu falowego
odznaczają się występowaniem na przemian fragmentów jaśniejszych, przez które prześwituje
niebo, oraz fragmentów ciemniejszych i bardzo gęstych, przybierających kształty wałów,
pasów itd. Podobny wygląd mają te chmury, których powstanie jest spowodowane orografią
terenu. Chmury tego typu mogą się formować przy intensywnym przepływie powietrza nad
pasmem górskim. Wtedy ruch falowy ma charakter wymuszony.

Turbulencyjne mieszanie powietrza, oznaczające gwałtowne, chaotyczne ruchy

wydzielonych objętości powietrza, tak zwanych turbulonów, zachodzące przy powierzchni
Ziemi, jest też przyczyną powstawania chmur, głównie warstwowych, rzadziej warstwowo-
-kłębiastych.

Chmury posiadają różną budowę. Mogą składać się z różnych produktów kondensacji

pary wodnej i występować na różnych wysokościach. Odmienny może być również
mechanizm ich powstawania. Biorąc pod uwagę kryterium fizycznej budowy chmur,
wyróżnia się chmury jednorodne i mieszane. Do chmur jednorodnych zaliczyć można chmury
wodne (zbudowane wyłącznie z kropelek wody) oraz chmury lodowe (zbudowane
z kryształków lodu). Wielkość kropel wody w chmurach jest różna. Ich rozmiary uzależnione
są od warunków, w jakich dana chmura się tworzy i w jakim stadium rozwoju się znajduje.
W początkowym stadium rozwoju chmury, średnice kropel wody z reguły przekraczają
0,05 mm, a w końcowym mogą dochodzić nawet do 5 mm. Chmury lodowe złożone są
wyłącznie z kryształków lodu. W porównaniu z chmurami wodnymi są on znacznie uboższe
w wodę. Chmury mieszane, jak sama nazwa wskazuje, zawierają zarówno kropelki wody jak
i kryształki lodu. Ich niejednorodna budowa fizyczna sprzyja powstawaniu opadów
atmosferycznych.

Kolejnym kryterium podziału chmur są wysokości, na jakich notuje się ich

występowanie. Wyróżniamy tutaj chmury niskie, średnie i wysokie. W zależności od
warunków termicznych panujących w troposferze oraz od wysokości, na jakiej zalega jej
górna granica, wysokości powstawania chmur są różne w różnych szerokościach
geograficznych. Klasyfikację taką przedstawia tabela 2.

Tabela 2. Klasyfikacja chmur ze względu na wysokość ich występowania.[opracowanie własne]

Rodzaj chmury

Strefa geograficzna

Piętro

Nazwa polska

Nazwa łacińska

Międzyzwrotnikowa

Umiarkowana

Polarna

Pierzaste

Cirrus (Ci)

Kłębiasto-
-pierzaste

Cirrocumulus
Cc)

Wysokie

Warstwowo-
- pierzaste

Cirrostratus (Cs)

6–17 km

5–13 km

3–7 km

Ś

rednie - kłębiaste

Altocumulus
(Ac)

Ś

rednie

Ś

rednie-

- warstwowe

Altostratus (As)

2-8 km

2-7 km

2-4 km

Warstwowe-
-deszczowe

Nimbostratus
(Ns)

Kłębiasto-
-warstwowe

Stratocumulus
(Sc)

Niskie

Niskie warstwowe

Stratus (St)

2 km

2 km

2 km

Kłębiaste

Cumulus (Cu)

Chmury o
budowie
pionowej

Kłębiaste
deszczowe

Cumulonimbus
(Cb)

chmury

rozbudowane

w

kierunku

pionowym

rozwijają się od około 0,4 km do górnej troposfery

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

Cechą pozwalającą na rozróżnienie rodzin chmur jest poprawne określenie wysokości ich

podstawy. Chmury wysokie, zlokalizowane są w tych najwyższych partiach, a ich cechą
szczególną jest to, że na ogół promienie słoneczne przez nie przebijają. Nie sposób pomylić
tej rodziny chmur z żadną inną. Biaława zasłona nieba z przebijającymi promieniami
słonecznymi może mieć postać delikatnych włókien lub pasm i wtedy mamy do czynienia
z typowym Cirrusem (Ci). Jeżeli są widoczne wyraźnie zaznaczone płaty (bez cieni) lub
fragmenty układające się w regularne zmarszczki lub soczewki, to ten rodzaj chmur określa
się jako Cirrocumulus (Cc). Zasłona wysokich chmur o gładkim, jednolitym kształcie
nazywana jest Cirrostratusem (Cs). Chmury wysokie nie dają opadów.

Również można odróżnić chmury z rodziny niskich, mających nisko lokującą się

podstawę i charakteryzujących się pionowym rozciągnięciem w atmosferze. Są to przede
wszystkim chmury z rodzaju Cumulus (Cu) i Cumulonimbus (Cb). Chmura Cu ma wyraźnie
zaznaczone kształty. Jej podstawa ma zwykle ciemne zabarwienie, a boki i wierzchołek są
białe. Cechuje ja zmienność kształtów we właściwym jej cyklu rozwoju. Najpiękniejsze Cu
powstają podczas słonecznej pogody i pojawiają się zwykle w drugiej połowie dnia. Bardziej
rozwinięte chmury kłębiaste mogą powodować przelotne opady. Chmury Cb powstają wtedy,
gdy proces pionowego rozwoju Cu obejmie większą warstwę troposfery, w wielu
przypadkach aż do jej górnych granic. Chmura taka ma dużą rozciągłość pionową, a także
i poziomą. Od podstawy jest ciemno zabarwiona i robi groźne wrażenie, gdy pojawia się jako
zwiastun nadchodzącej burzy. Intensywne ruchy pionowe w tej chmurze powodują
powstawanie opadów o dużym natężeniu, a pojawiająca się przy tym stratyfikacja ładunków
elektrycznych jest przyczyną błyskawic i wyładowań atmosferycznych.

Wśród występujących na naszym niebie chmur stosunkowo łatwy do identyfikacji jest

Stratus (St) jest to chmura o bardzo niskiej podstawie, czasem sięgającej poziomów
wierzchołków wyższych budynków i niewielkich wzniesień (w wyższych górach wierzchołki
są wtedy całkowicie niewidoczne). Występowanie jej czyni wrażenie pokrycia nieba mleczną
zasłoną, niepozwalającą na przenikanie promieni słonecznych. Występowaniu tej chmury
towarzyszą zwykle mało intensywne opady drobnych kropel deszczu. Tego typu chmurę
niską można przeciwstawić innej, zwanej Nimbostratusem (Ns). Tworzy ona również nisko
rozpostartą, nieprzenikliwą warstwę, o wyraźnej ciemnoszarej barwie. Ciemna barwa oraz
długotrwałe i intensywniejsze opady odróżniają rodzaj Ns od St. W grupie chmur niskich jest
także klasyfikowany Stratocumulus (Sc). Jest to chmura trudna do rozróżnienia i łatwo ją
pomylić z Ns, czy którąś z rodziny chmur średnich. Jednak jej wyróżnikiem jest warstwowa
budowa z wyraźnie zaznaczonych płatów, brył, walców itp. ułożonych regularnie
w przestrzeni. Chmura ta daje bardzo rzadko opady.

Chmury z rodziny średnich powstają w wyniku ewolucji i podnoszenia podstawy chmur

warstwowych i kłębiastych. W pierwszym przypadku rozwija się Altostratus (As), w drugim
Altocumulus (Ac). Altostratus to szara lub niebieskawa warstwa chmur w formie zasło

ny lub

płata, pokrywająca całkowicie lub częściowo niebo. Altocumulus ma strukturę bryłową.

Widzialność
Jest wskaźnikiem przezroczystości atmosfery, jest określana w kierunku poziomym.

Charakteryzuje odległość, z jakiej, przy danym typie pogody, obserwowany obiekt jest
widoczny, zakładając, że obserwator ma przeciętny wzrok. Widzialność pozioma zależy od:

−

czynników geograficznych czyli ukształtowania powierzchni i pokrycia terenu,
przezroczystości atmosfery uzależnionej od ilości występujących w powietrzu cząstek
ciał stałych i ciekłych, ilości produktów kondensacji pary wodnej, które powodują
głównie rozpraszanie światła,

−

zespołu czynników fizycznych,

−

zespołu czynników psychofizycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

Zjawiska atmosferyczne
Wszystkie zjawiska atmosferyczne dzieli się na cztery grupy:

–

hydrometeory to zjawiska związane z obecnością wody w stanie stałym lub ciekłym,
kropelki wody lub kryształki lodu mogą opadać lub unosić się w atmosferze, mogą być
osadzane na powierzchni Ziemi lub przedmiotach znajdujących się na niej, do
hydrometeorów zalicza się: deszcz, śnieg, mżawkę, krupy śnieżne, pył diamentowy, grad,
mgłę, rosę, szron, szadź i gołoledź, opis tych hydrometeorów zamieszczono
w poprzednim rozdziale poradnika,

Fot. 1. Grad

Fot. 2. Mgła

[http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/t]

–

litometeory to drobne stałe cząsteczki unoszące się w atmosferze, mogą być pochodzenia
naturalnego lub antropogenicznego, ich przykładami są: zmętnienie opalizujące – jest to
zawiesina drobnych cząstek nadająca powietrzu wygląd opalizujący, zmętnienie pyłowe
jest to zawiesina składająca się z pyłów lub cząsteczek mineralnych uniesionych przez
wiatr, dymy – powstają w wyniku spalania surowców energetycznych oraz wiry pyłowe –
wirujące cząsteczki pyłu uniesione z powierzchni Ziemi.

Fot. 3. Zmętnienie[http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/t]

–

elektrometeory to kategoria zjawisk klimatycznych związana ze zmianą koloru, kształtu
bądź świeceniem materii, zachodzących przy udziale procesów elektrycznych, do
elektrometeorów zalicza się takie zjawiska jak: zorza polarna – zjawisko świetlne
występujące w wysokich warstwach atmosfery, przybierające postać pasm i łuków,
powstaje wskutek elektrycznie naładowanych cząsteczek emitowanych przez Słońce na
rozrzedzane gazy atmosfery, burza – wyładowania elektryczności atmosferycznej,
przejawiające się błyskiem oraz trzaskiem, błyskawica – zjawisko świetlne towarzyszące
nagłemu wyładowaniu elektryczności atmosferycznej, ognie świętego Elma – rodzaj
wyładowania elektrycznego elektrycznego słabym natężeniu, związany ze spływem
ładunków elektrycznych w powietrze z wysoko wzniesionych, spiczastych przedmiotów,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

Fot 4. Burza [http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Lightning_NOAA.jpg]

–

fotometeory kategoria zjawisk klimatycznych, związana ze zmianą koloru, kształtu bądź
ś

wieceniem materii, wskutek refrakcji fal świetlnych w atmosferze, do fotometeorów

zalicza się takie zjawiska jak: halo, wieniec, tęcza, zostały one omówione w rozdziale
311 [23].O1.02.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jak przebiega proces kondensacji pary wodnej?

2.

Co to jest punkt rosy?

3.

Jak powstają opady atmosferyczne?

4.

Jak klasyfikuje się chmury według różnych kryteriów?

5.

Jakie wyróżnia się typy przebiegu opadów atmosferycznych?

6.

Jakie są typy opadów atmosferycznych?

7.

Jak klasyfikuje się zjawiska meteorologiczne?

8.

Czym różnią się hydrometeory od litometeorów?

9.

Co to jest widzialność?

4.3.3.

Ćwiczeniea

Ćwiczenie 1

Na podstawie rysunku, rozpoznaj rodzaje chmur wpisując ich nazwę polską i łacińską

pod odpowiednim numerem (w tabeli). Wstaw w tabeli wysokości, na jakich występują
rozpoznane chmury, umieszczając charakterystyczne dla niej cechy.

Lp. Nazwa polska

Nazwa łacińska Wysokość

występowania

Cechy charakterystyczne

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

Rysunek do ćwiczenia 1

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

ustalić rodzaj rozpoznanych chmur,

2)

wpisać nazwy rozpoznanych chmur do tabeli,

3)

ustalić wysokości występowania chmur z podziałem na strefy geograficzne,

4)

scharakteryzować rozpoznane rodzaje chmur,

5)

zaprezentować wykonane ćwiczenie,

6)

dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

międzynarodowy atlas chmur – atlas skrócony,

–

karty pracy z przygotowaną tabelą odpowiedzi oraz wydrukiem rysunku,

–

długopis lub pióro,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca rodzajów chmur.

Ćwiczenie 2

Na podstawie opisu rozpoznaj osad atmosferyczny.

1.

Powstaje w wyniku resublimacji pary wodnej na wychłodzonych powierzchniach.
Osad - ……………………………………

2.

Tworzy się w wyniku zamarzania przechłodzonych kropelek wody niesionych przez
wiatr.
Osad - ……………………………………

3.

Tworzy się przy kontakcie ciepłego powietrza z chłodną powierzchnią w dodatnich
temperaturach.
Osad - ………………………………

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

rozpoznać rodzaj osadu atmosferycznego,

2)

zaprezentować wykonane ćwiczenie ustnie lub pisemnie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

3)

dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca cech osadów atmosferycznych,

−

arkusz z treścią zadania.

Ćwiczenie 3

Oceń poprawność poniższych zdań. Zdanie prawdziwe oznacz literą P, jeśli zdanie jest

fałszywe, oznacz je literą F. Jeżeli stwierdzisz, że zdanie jest fałszywe, wytłumacz swój
wybór i sformułuj zdanie poprawnie.

Zdania:
1.

Pojawienie się mgły gwarantuje ujemną temperaturę w ciągu dnia.

2.

Inwersja termiczne wywołuje zjawisko gwałtownego wirowania powietrza.

3.

Chmura jest skupiskiem produktów kondensacji pary wodnej.

4.

Stratocumulus to chmury średnie-warstwowe.

5.

Do chmur jednorodnych zaliczamy chmury deszczowe, śniegowe, lodowe i burzowe.

6.

Główną przyczyną tworzenia się mgieł jest ocieplenie powietrza powyżej temperatury
punktu rosy.

7.

Opady o małym natężeniu, drobne określa się mianem mżawki.

8.

Ze względu na czas trwania i intensywność opadów można dokonać ich klasyfikacji na
ciągłe, przelotne, krótkotrwałe i znikome.

9.

Prawdopodobieństwo wystąpienia opadów określa się jako stosunek liczby godzin
z opadami do wysokości opadów w miesiącu lub w roku.

10.

Natężenie opadu jest to wysokość opadu spadłego w ciągu jednostki czasu powiększona
o gęstość tego opadu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

dokonać analizy przeczytanych zdań,

2)

określić poprawność lub niepoprawność zdań,

3)

wyjaśnić wybór,

4)

sformułować zdanie poprawne (w przypadku decyzji, że zdanie jest błędne),

5)

dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca opadów i osadów atmosferycznych,

−

zeszyt,

−

długopis lub pióro.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

wyjaśnić proces tworzenia się chmur?

□

□

2)

dokonać klasyfikacji chmur według różnych kryteriów ?

□

□

3)

wyjaśnić powstawanie opadów atmosferycznych?

□

□

4)

określić rodzaje opadów atmosferycznych?

□

□

5)

scharakteryzować typ przebiegu opadów atmosferycznych?

□

□

6)

wyjaśnić proces tworzenia się mgły?

□

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

7)

dokonać klasyfikacji zjawisk meteorologicznych?

□

□

8)

wyjaśnić pojęcie widzialności?

□

□

9)

wyjaśnić pojecie punktu rosy?

□

□

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.

Przeczytaj uważnie instrukcję.

2.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

3.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

4.

Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.

5.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

7.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

8.

Na rozwiązanie testu masz 25 min.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

40

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1.

Badaniem właściwości wód na Ziemi oraz oddziaływaniem na otaczające środowisko
zajmuje się
a)

hydrologia.

b)

klimatologia.

c)

geologia.

d)

geomorfologia.

2.

Dział hydrologii zajmujący się badaniem jezior oraz innych zbiorników wodnych to
a)

glacjologia.

b)

kriologia.

c)

potamologia.

d)

limnologia.

3.

Nauka badającą oddziaływania między organizmami żywymi a cyklem hydrologicznym to
a)

hydrogeologia.

b)

oceanografia.

c)

ekohydrologia.

d)

paludologia.

4.

Oddziaływaniem powierzchniowej warstwy Ziemi na atmosferę zajmuje się meteorologia
a)

planetarnej warstwy granicznej.

b)

mezoskalowa.

c)

synoptyczna.

d)

dynamiczna.

5.

Fazą obiegu, która następuje po opadzie a poprzedza odpływ podziemny jest
a)

retencji.

b)

infiltracji.

c)

kondensacji.

d)

saturacji.

6.

Czasowe zatrzymanie wody na danym obszarze nosi nazwę
a)

retencji.

b)

infiltracji.

c)

kondensacji.

d)

saturacji.

7.

Sublimacja jest to
a)

przejście wody ze stanu gazowego w stan ciekły.

b)

pochłanianie ciepła z otoczenia przez ciała stałe.

c)

oddawanie ciepła do otoczenia przez ciała stałe.

d)

przejście wody z fazy stałej w gazową.

8.

Wzrost temperatury powietrza
a)

powoduje spadek ciśnienia.

b)

powoduje wzrost ciśnienia.

c)

nie ma wpływu na zmiany ciśnienia.

d)

powoduje utrzymanie się stałych wartości ciśnienia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

41

9.

Wiatry wiejące z dużą regularnością kierunkową i czasową to
a)

huragany.

b)

bryza.

c)

pasaty.

d)

widzialność.

10.

Usłonecznienie jest to
a)

sumą promieniowania bezpośredniego i rozproszonego.

b)

czas, w którym promieniowanie bezpośrednie dochodzi do powierzchni terenu.

c)

ilość energii, która dociera do Ziemi bezpośrednio ze Słońca.

d)

maksymalne natężenia promieniowania bezpośredniego i pośredniego.

11.

Wraz ze wzrostem wysokości nad poziomem morza temperatura
a)

maleje o 1°C/100 m.

b)

rośnie w postępie geometrycznym.

c)

rośnie 0,6°C/100 m.

d)

maleje o 0,6°C/100 m.

12.

Najwięcej energii cieplnej otrzymują stoki o ekspozycji
a)

północnej.

b)

południowej.

c)

wschodniej.

d)

zachodniej.

13.

Stosunek ciśnienia pary wodnej zawartej aktualnie w jednostce objętości powietrza do
maksymalnego ciśnienia pary wodnej w danej temperaturze wyrażony w procentach to
a)

wilgotność względna.

b)

wilgotność bezwzględna.

c)

prężność pary wodnej.

d)

stan nasycenia.

14.

Osad lodowy, powstający wskutek zamarzania silnie przechłodzonych kropelek mgły,
mżawki lub deszczu to
a)

rosa.

b)

szron.

c)

gołoledź.

d)

szadź.

15.

Cirrocumulus to chmury
a)

kłębiasto-pierzaste.

b)

warstwowo-pierzaste.

c)

warstwowo-deszczowe.

d)

kłębiasto-warstwowe.

16.

Chmury rozbudowane w kierunku pionowym, rozwijające się od około 0,4 km nad
Ziemią do górnej troposfery to
a)

Altocumulus.

b)

Stratocumulus.

c)

Nimbostratusem.

d)

Cumulonimbus.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

42

17.

Krupy śnieżne, pył diamentowy grad oraz mgła to zjawiska atmosferyczne zaliczane do
a)

hydrometeorów.

b)

litometeorów.

c)

elektrometeorów.

d)

fotometeorów.

18.

Na kontakcie ciepłego powietrza z chłodną powierzchnią w dodatnich temperaturach
a)

szron.

b)

gołoledź.

c)

rosa.

d)

szadź.

19.

Promieniowanie słoneczne, które decyduje o procesie fotosyntezy, przemianie materii,
a jego cykliczność wpływa na rytmikę i adaptację do warunków otoczenia to
a)

promieniowanie kosmiczne.

b)

promieniowanie widzialne.

c)

promieniowanie podczerwone.

d)

promieniowanie ultrafioletowe.

20.

Niekorzystne warunki dla rozwoju rolnictwa występują w klimatach
a)

górskich.

b)

monsunowych.

c)

umiarkowanych opadach i temperaturach.

d)

podzwrotnikowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

43

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ...............................................................................

Analizowanie zjawisk atmosferycznych i hydrologicznych zachodzących
w przyrodzie

Zakreśl poprawną odpowiedź, wpisz brakujące części zdania lub wykonaj rysunek.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1.

a

b

c

d

2.

a

b

c

d

3.

a

b

c

d

4.

a

b

c

d

5.

a

b

c

d

6.

a

b

c

d

7.

a

b

c

d

8.

a

b

c

d

9.

a

b

c

d

10.

a

b

c

d

11.

a

b

c

d

12.

a

b

c

d

13.

a

b

c

d

14.

a

b

c

d

15.

a

b

c

d

16.

a

b

c

d

17.

a

b

c

d

18.

a

b

c

d

19.

a

b

c

d

20.

a

b

c

d

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

44

6. LITERATURA

1.

Bajkiewicz-Grabowska E., Mikulski Z.: Hydrologia ogólna. Wydawnictwo Naukowe
PWN, Warszawa 2007

2.

Bajkiewicz-Grabowska E., Magnuszewski A.: Przewodnik do ćwiczeń z hydrologii
ogólnej. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002

3.

Kaczorowska Z.: Pogoda i klimat. WSiP, Warszawa 1998

4.

Martyn D.: Klimaty kuli ziemskiej. PWN, Warszawa 2000

5.

Woś A.: Klimat Polski. PWN, Warszawa 1999

6.

Woś A.: Meteorologia dla geografów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997

7.

http://www.geografia.com.pl/

8.

http://www.imgw.pl/wl/internet/zz/index.html

9.

http://portalwiedzy.onet.pl/