technik meteorolog 311[23] z2 02 u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Barbara Siepracka

Prowadzenie

obserwacji

pomiarów

celów

klimatologicznych 311[23].Z2.02

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr Edyta Mosiądz
mgr inż. Joanna Sznajder-Stworzyjanek

Opracowanie redakcyjne:
dr inż. Barbara Siepracka

Konsultacja:
mgr inż. Andrzej Kacperczyk

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[23].Z2.02
„Prowadzenie obserwacji i pomiarów do celów klimatologicznych” zawartego w programie
nauczania dla zawodu technik meteorolog.

Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Procesy

klimatotwórcze

warunki

lokalizacji

posterunków

meteorologicznych

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Promieniowanie słoneczne i usłonecznienie

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3.

Pomiary i obserwacje czynników klimatycznych

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4.

Mechanizm cyrkulacji atmosfery

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5.

Rodzaje i elementy map klimatycznych i ich zastosowanie w rolnictwie

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o procesach kształtujących klimat

na Ziemi, rodzajach map klimatycznych oraz nabyciu umiejętności ich analizowania.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne, wykaz umiejętności, jakie uczeń powinien mieć już opanowane, aby
bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia, wykaz umiejętności, jakie uczeń będzie mógł kształtować podczas pracy
z poradnikiem,

−

przykładowe scenariusze zajęć,

−

przykładowe ćwiczenia ze wskazówkami do realizacji, zalecanymi metodami nauczania–
–uczenia oraz środkami dydaktycznymi,

−

ewaluację osiągnięć ucznia, przykładowe narzędzia pomiaru dydaktycznego,

−

literaturę uzupełniającą.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

311[23].Z2

Podstawy klimatologii

311[23].Z2.01

Analizowanie czynników

wpływających na

zróżnicowanie klimatu

311[23].Z2.02

Prowadzenie obserwacji

i pomiarów do celów

klimatologicznych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

posłużyć się podstawowymi pojęciami z zakresu klimatologii, meteorologii,
agroklimatologii,

–

stosować wzory i jednostki podstawowe w układzie SI,

–

przeliczać jednostki różnych wielkości fizycznych,

–

wykonywać pomiary podstawowych wielkości fizycznych, jak: ciśnienie, temperatura,
prędkość wiatru, wilgotność,

–

wyrażać i obliczać parametry wielkości opisujących klimat,

–

sporządzać zestawienia tabelaryczne i rysować diagramy,

–

sporządzać wykresy liniowe, słupkowe, diagramy kołowe,

–

posługiwać się dokumentacją techniczną,

–

posługiwać się instrukcjami do wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych,

–

organizować stanowisko pracy do wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych,

–

przestrzegać zasad bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej i ochrony
ś

rodowiska,

–

korzystać z różnych źródeł informacji,

–

oceniać własne możliwości w działaniach indywidualnych i zespołowych,

–

stosować zasady współpracy w grupie,

–

uczestniczyć w dyskusji i prezentacji,

–

stosować specjalistyczne programy komputerowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej uczeń powinien umieć:

–

scharakteryzować procesy kształtujące klimat Ziemi,

–

zaplanować cykliczne prowadzenie obserwacji zjawisk pogodowych oraz pomiarów
meteorologicznych do celów klimatologicznych,

–

określić warunki lokalizacji stacji pomiarowych,

–

dobrać przyrządy i instrumenty do pomiaru parametrów klimatu,

–

wykonać pomiary prędkości i siły wiatru,

–

wykonać pomiary usłonecznienia,

–

wykonać pomiary i prowadzić obserwacje wielkości zachmurzenia,

–

określić wpływ cyrkulacji powietrza na kształtowanie się klimatu,

–

scharakteryzować cyrkulację pasatową, monsunową, zwrotnikową,

–

określić obszary działania prądów strumieniowych,

–

scharakteryzować elementy mapy klimatycznej,

–

zastosować oznaczenia na mapach klimatycznych,

–

posłużyć się mapami klimatycznymi,

–

posłużyć się mapami klimatologicznymi topografii względnej i bezwzględnej,

–

posłużyć się programami komputerowymi do opracowania wyników pomiarów,

–

przygotować wyniki badań meteorologicznych z okresu wieloletniego na potrzeby
opracowań klimatologicznych,

–

zgromadzić dane do celów klimatologicznych ze stacji tradycyjnych oraz posterunków
automatycznych,

–

określić zmiany klimatu na podstawie ciągów danych oraz map klimatycznych,

–

sporządzić mapę klimatyczną,

–

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony środowiska podczas
prowadzenia obserwacji oraz wykonywania pomiarów meteorologicznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Procesy klimatotwórcze a warunki lokalizacji posterunków

meteorologicznych

4.1.1. Materiał nauczania

Na kształtowanie klimatu Ziemi decydujący wpływ mają procesy zachodzące

w atmosferze. W mniejszej skali, swoje oddziaływania wykazują również procesy zachodzące
w litosferze, hydrosferze, kriosferze oraz biosferze.

Podstawowymi procesami klimatotwórczymi są:

–

obieg ciepła,

–

obieg wody,

–

krążenie powietrza.
Głównym źródłem energii cieplnej dla Ziemi jest krótkofalowe promieniowanie Słońca.

Promieniowanie to jest częściowo pochłaniane, rozpraszane, odbijane podczas przejścia przez
atmosferę. Pozostała jego część jest pochłaniana przez powierzchnię Ziemi i zamieniana na
energię cieplną [6]. Dopływ energii słonecznej jest zróżnicowany i zależy od:

–

czasu trwania oświetlenia (w okresie roku i doby),

–

wysokości Słońca nad horyzontem.
Oba te parametry są uwarunkowane ruchem Ziemi wokół własnej osi oraz ruchem

obiegowym wokół Słońca.

Efektem obiegu ciepła na Ziemi jest zróżnicowanie temperatur powietrza. Wymianie

cieplnej towarzyszą procesy:

–

przewodnictwo cieplne,

–

promieniowanie,

–

konwekcja,

–

turbulencja.
Procesem decydującym o intensywności procesów klimatotwórczych jest obieg wilgoci,

gdzie w zamkniętym cyklu funkcjonują procesy: parowania, konwekcji, kondensacji,
tworzenia się chmur, powstawania opadów oraz mechanizmy spływu i wsiąkania wody.
Geograficzny rozkład wilgotności powietrza jest związany z wielkością parowania
(wysokością temperatury) oraz z intensywnością adwekcji (przenoszenia) pary wodnej. Duże
znaczenie odgrywa orografia terenu i jego wysokość nad poziomem morza. Obrazem
rozkładu wilgotności powietrza może być geograficzny rozkład średnich, rocznych wysokości
opadów. Obiegi ciepła i wilgoci łączy ogólna cyrkulacja atmosfery [2].

Ogólna cyrkulacja atmosfery obejmuje trójwymiarowe aspekty przepływu energii od

podłoża do górnych granic troposfery oraz od równika ku biegunom. Klimatotwórcza rola
cyrkulacji jest bezpośrednio związana z rozkładem ciśnienia atmosferycznego. Na podstawie
analiz map rozkładu ciśnienia i kierunków ruchów mas powietrza, stwierdzono, że występują
duże zbieżności tych rozkładów dla pory letniej i zimowej. Analizując ogólną cyrkulację
atmosfery pod względem rozkładu ciśnień wyróżnia się:

–

równikową bruzdę wysokiego ciśnienia,

–

strefy pasatów sięgające od równika do szerokości 30

na obu półkulach. Są to stabilne

wiatry całoroczne, północno – wschodnie na półkuli północnej i południowo – wschodnie
na półkuli południowej,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

podzwrotnikowe strefy wysokiego ciśnienia, występujące w szerokościach od 30

÷40

obu półkulach,

–

strefy wiatrów zachodnich pomiędzy 40

÷60

na obu półkulach,

–

strefy niskiego ciśnienia szerokości umiarkowanych, występujące wzdłuż równoleżników
60

÷65

na obu półkulach,

–

strefy wyżów polarnych (wyże okołobiegunowe).

Fronty atmosferyczne

Na granicach stykających się mas powietrza tworzą się fronty atmosferyczne

rozdzielające masy powietrza różniące się temperaturą i wilgotnością (strefy przejściowe).

Fronty atmosferyczne ze względu na sposób przemieszczania się klasyfikuje się na:

–

front ciepły tworzy się gdy przesuwająca się masa powietrza ciepłego (lżejszego) napotka
na swej drodze masę chłodniejszą (cięższą), wtedy lżejsza i cieplejsza masa unosi się nad
cięższą (rys. 1),

Rys. 1. Front atmosferyczny ciepły [44, s. 111]

–

front chłodny (zimny) powstaje gdy przesuwająca się masa powietrza chłodnego
(cięższego) wypiera ku górze masę powietrza ciepłego (lżejszego) (rys. 2),

Rys. 2.

Front atmosferyczny chłodny [44, s. 111]

–

gdy front chłodny (zazwyczaj przemieszczający się szybciej) dogoni front ciepły,
utworzony zostaje front zokludowany (rys. 3). Cieplejsze powietrze zostaje wyparte ku
górze i nie styka się z powierzchnią gruntu. Przy powierzchni ziemi stykają się masy
powietrza o podobnych właściwościach [44].

Rys. 3. Przekrój przez front zokludowany [44, s. 111]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oprócz wymienionych wyżej stref ciśnienia i kierunków wiatru, na powierzchni Ziemi

istnieją również komórki powietrza transportujące masy powietrza w pionie. Powietrze
unoszące się w niżach okołorównikowych przenoszone jest w szerokości podzwrotnikowe,
gdzie osiada w występujących tam wyżach. Powietrze unoszące się w niżach szerokości
umiarkowanych przenoszone jest ku biegunom i osiada w występujących tam wyżach.

Klimatotwórcza rola ogólnej cyrkulacji atmosfery tkwi w mechanizmie południowego

transportu ciepła i wilgoci od równika, gdzie jest ich nadmiar, ku biegunom, gdzie obserwuje
się widoczny ich niedosyt. Od podanego wyżej modelu ogólnej cyrkulacji atmosfery
występują odchylenia. Najbardziej wyraźne są cyrkulacje monsunowe, występujące na
kontakcie oceanu i kontynentu. Są one związane z różnym tempem i intensywnością
ogrzewania się i ochładzania powierzchni kontynentu i oceanu. W okresie zimy nad
kontynentami tworzą się stacjonarne wyże przenoszące suche i wychłodzone powietrze nad
ocean (pora sucha). W okresie lata nad relatywnie chłodną powierzchnią oceanu również
powstają wyże transportujące wilgotne masy powietrza nad kontynent. Przynoszą one
intensywne opady umożliwiające rozwój rolnictwa i uprawy. Cyrkulacja monsunowa
największą rolę odgrywa w Azji południowo-wschodniej. W skali lokalnej dobowe zmiany
kierunku wiatru noszą nazwę bryzy, która występuje nad morzem, jeziorami i większymi
rzekami [10].

Badania meteorologiczne i klimatologiczne prowadzone są przez Światową Organizację

Meteorologiczną (World Meteorological Organisation WMO), zaś w Polsce wiodącą rolę
odgrywają służby Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW) oraz wyższe
uczelnie, instytuty naukowe (PAN, WAT, IMUZ i in.). Dla łatwiejszej interpretacji
i określenia prognozy pogody WMO wprowadziła standardowe metody i przyrządy
pomiarowe oraz określiła czas, w którym te pomiary są wykonywane, czyli czas uniwersalny,
jednoczesny na całym świecie.

Podstawowym zadaniem Działu Służby Obserwacyjno-Pomiarowej jest merytoryczne,

administracyjne oraz finansowe zarządzanie siecią stacji i posterunków hydrologicznych oraz
meteorologicznych.

Sieć

dostarcza

podstawowych

danych

hydrologicznych

i meteorologicznych wykorzystywanych w statutowej działalności Instytutu i udostępnianych
innym instytucjom [48].

Nowoczesna meteorologia posługuje się danymi, które pochodzą z globalnych systemów

pomiarowych, państw członków Światowej Organizacji Meteorologicznej.

Synoptycy wykorzystują dane z:

–

naziemnych sieci meteorologicznych (stacje synoptyczne, stacje klimatologiczne,
posterunki meteorologiczne i opadowe),

–

sieci radarów meteorologicznych,

–

sieci wykrywania i lokalizacji wyładowań atmosferycznych,

–

stacji odbioru danych z satelitów meteorologicznych,

–

stacji wykonujących pionowe sondaże atmosfery (aerologiczne).
Korzystają one również z danych pochodzących ze stacji meteorologicznych

zainstalowanych na statkach i w samolotach. Do przetworzenia bardzo dużej ilości danych
niezbędne są systemy przetwarzania i modelowania matematycznego. Dlatego też komputery
meteorologiczne, obok wojskowych, dysponują największą na świecie mocą obliczeniową
[3].

W pierwszym etapie obliczane są modele globalne (dla całego globu) – w światowych

centrach prognostycznych, a następnie modele regionalne (np.: dla Europy). Wyniki tych
modeli trafiają do modeli lokalnych, takich jak liczony w Polsce model COSMO-LM
i stanowią

jeden

elementów,

jaki

synoptyk

wykorzystuje

sporządzenia

rednioterminowej (do 14 dni) i krótkoterminowej (24÷48 godz.) prognozy pogody oraz

ostrzeżeń przed groźnymi zjawiskami meteorologicznymi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zarządzanie pogodą, to stałe śledzenie prognoz i ostrzeżeń, a także podejmowanie

działań zgodnych z przewidywanymi jej zmianami. Niezbędne jest również podejmowanie
działań pozwalających na przygotowanie ludzi, przemysłu i gospodarki na wypadek
wystąpienia groźnych zjawisk naturalnych [17, 45].

W Polsce sieć obserwacyjno – pomiarowa zlokalizowana jest głównie w dorzeczu Górnej

Wisły. Obejmuje cztery województwa, 11 dorzeczy i 9 zbiorników wodnych. Jest to obszar
o powierzchni 45 597 km

. Najniższym punktem pomiarowym położonym na wysokości

140 m n.p.m. jest Zawichost, najwyższym – 1991 m n.p.m. Kasprowy Wierch.

DSOP (Dział Służby Obserwacyjno - Pomiarowej) odpowiada za jakość i wiarygodność

pozyskiwanych z obserwacji i pomiarów danych hydrologicznych i meteorologicznych oraz
ich terminowe przekazywanie w trybie operacyjnym i historycznym. Prowadzi serwis
aparatury pomiarowej i urządzeń pomocniczych. Zobowiązany jest do prowadzenia
modernizacji wyposażenia posterunków i stacji poprzez wprowadzanie nowoczesnych metod
pozyskiwania i opracowywania danych hydro i meteorologicznych [13].
Rodzaje stacji i posterunków

Stacje wykonujące pomiary meteorologiczne, należące do sieci kierowanej przez IMGW,

dzielą się na:
1.

Stacje meteorologiczne prowadzą cogodzinne pomiary i obserwacje elementów
meteorologicznych dla służb prognozy pogody oraz zabezpieczenia transportu lotniczego.
Wyposażone są w precyzyjną i nowoczesną aparaturę i obsługiwane przez etatowy
personel o wysokich kwalifikacjach zawodowych.

Posterunki obserwacyjno-pomiarowe prowadzą pomiary i obserwacje w trzech
podstawowych okresach czasu z przyrządów rejestrujących. Uzyskane materiały są
podstawowym

ródłem

opracowań

pozwalających

określenie

elementów

meteorologicznych.

Posterunki opadowe prowadzą jedynie obserwacje opadów atmosferycznych, których
pomiar wykonuje się raz na dobę o godz. 7 rano.

Posterunki agrometeorologiczne wykonują przede wszystkim obserwacje dla celów
gospodarki rolnej i wodnej. Na posterunkach agrometeorologicznych są wykonywane
obserwacje fenologiczne, stanu wilgotności gleby, stanu roślin uprawnych, terminów
prac polowych i inne.
Oprócz wymienionych istnieją stacje specjalne, do których należą obserwatoria

meteorologiczne (np. Śnieżka, Kasprowy Wierch), obserwatoria i stacje agrometeorologiczne,
posterunki hydrologiczne, ewaporometryczne i inne [2, 21].
Stacja meteorologiczna

Stacja meteorologiczna to zestaw kilkunastu czujników monitorujących stan warunków

klimatycznych na zewnątrz obiektu i w jego wnętrzu.

Na zewnątrz mierzone są:

–

kierunek wiatru,

–

prędkość wiatru,

–

temperatura powietrza,

–

wystąpienie opadu,

–

natężenie promieniowania słonecznego,

–

wilgotność powietrza.
Czujnik temperatury zewnętrznej jest osłonięty przed bezpośrednim promieniowaniem

słonecznym. Czujniki kierunku wiatru i opadów są rozmieszczone w ten sposób, aby nie
cieniowały czujnika mierzącego promieniowanie słoneczne. Stacja meteorologiczna (rys. 4)
powinna być umieszczona nad pomieszczeniem i skierowana czujnikiem światła na południe.
W pobliżu stacji nie powinny znajdować się wysokie obiekty, które cieniując mogłyby

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

fałszować odczyty z czujnika światła, a także prędkości i kierunki wiatru, co w konsekwencji
prowadziłoby do niepoprawnej pracy komputera klimatycznego [17, 71].

Rys. 4. Przykładowe stacje meteorologiczne [71]

Urządzenia należy umieścić w miejscu reprezentatywnym dla klimatu całej okolicy.

Obserwacje meteorologiczne muszą być między sobą porównywalne, a więc na obszarze
Polski ustalono jednakowe terminy, w jakich będą wykonywane pomiary. Na stacjach
meteorologicznych pomiary są wykonywane w godzinach: 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 i 21 przy
czym cztery z nich są głównymi terminami synoptycznymi: 00, 06, 12 i 18 GMT. Na
posterunkach meteorologicznych obserwacje wykonuje się w trzech terminach: 07, 13 i 19
(w lecie) oraz 8, 12, 18 (w zimie) [21, 46].

Rozmieszczenie stacji meteorologicznych sieci państwowej IMGW w Polsce przedstawia

rysunek 5.

Rys. 5. Rozmieszczenie stacji meteorologicznych sieci państwowej IMGW w Polsce [74]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu na cel obserwacji stacje meteorologiczne dzieli się na: synoptyczne,

aerologiczne, klimatyczne, agrometeorologiczne, lotnicze, aktynometryczne [8, 11].

W skali światowej rozróżnia się: stacje naziemne, zainstalowane na powierzchni Ziemi,

statki pogody, zakotwiczone na stałe lub na określony czas w wybranym punkcie oceanu,
przekazujące drogą radiotelegraficzną wyniki obserwacji oraz stacje automatyczne, pracujące
bez obsługi na terenach trudno dostępnych, gromadzące lub przekazujące dane drogą radiową.

Pomiarami meteorologicznymi objęty jest zespół parametrów fizycznych powietrza,

wody atmosferycznej oraz gleby, do których należą:

–

temperatura powietrza (na różnych wysokościach nad poziomem gruntu) i gleby (na
różnych głębokościach), a także wody (w zbiornikach wodnych),

–

ciśnienie powietrza (przy powierzchni Ziemi, ale także jego pionowy rozkład),

–

wilgotność powietrza (jej pionowy rozkład wraz z powierzchniową warstwą gruntu),

–

kierunek i prędkość wiatru (na różnych wysokościach),

–

składowe bilansu promieniowania i bilansu cieplnego,

–

widzialność, przeźroczystość i zanieczyszczenie powietrza,

–

parametry charakteryzujące wymianę wody między atmosferą, a powierzchnią Ziemi
takie jak: opady atmosferyczne (we wszystkich stanach skupienia wody), osady oraz
parowanie z powierzchni gruntu i wód.

4.1.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie znasz procesy klimatotwórcze?

Czy potrafisz wymienić fronty atmosferyczne i ich wpływ na kształtowanie się klimatu?

Jakie zadania spełnia Dział Służby Obserwacyjno-Pomiarowej?

Jak klasyfikuje się stacje meteorologiczne?

Jakie warunki musi spełniać lokalizacja stacji meteorologicznej?

Jakie znasz rodzaje posterunków meteorologicznych?

Jaką funkcję pełnią posterunki meteorologiczne?

Jak działa sieć obserwacyjno-pomiarowa?

Jakie znasz standardowe pomiary meteorologiczne?

10.

Jaki jest harmonogram obserwacji i pomiarów meteorologicznych?

11.

Jakiej aparatury pomiarowej używa się do pomiarów meteorologicznych?

12.

Jaki jest zakres obserwacji meteorologicznych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Opisz cechy klimatu na wskazanym przez nauczyciela obszarze. Na podstawie

diagramów klimatycznych przedstawionych w zadaniu przyporządkuj odpowiednio stacji A
lub B wymienione poniżej cechy i uzupełnij poniższy tekst.
1.

Określ nazwy typów klimatu, w których położone są odpowiednio stacje A i B.
Stacja klimatyczna A: ...............................................
Stacja klimatyczna B: ...............................................

Przyporządkuj stacjom A i B odpowiednią wartość amplitudy rocznej temperatury
powietrza: 12ºC, 3ºC, 20ºC, 37ºC, 43ºC.
Amplituda roczna temperatury powietrza stacji A: .....................
Amplituda roczna temperatury powietrza stacji B: .....................

Klimat stacji cechuje przewaga opadów konwekcyjnych, wynikających z silnego
nagrzania podłoża w okresie letnim.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stacja …….

Stacja o wyższej średniej rocznej temperaturze powietrza.
Stacja …….

Klimat o cechach charakterystycznych dla tej stacji występuje na Wyspach Brytyjskich.
Stacja …….

Rysunek do ćwiczenia 1 [58, s. 5]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyjaśnić pojęcia: suma rocznych opadów, roczna amplituda temperatury powietrza,
ciśnienie atmosferyczne, średnia temperatura roczna,

określić oznaczenia występujące na mapie klimatycznej,

określić na mapie klimatycznej świata rejon, na którym znajdują się wymienione
w ćwiczeniu tereny,

przeanalizować zmiany klimatyczne na przedstawionych diagramach,

rozwiązać problemy występujące w ćwiczeniu, uzupełniając wykropkowany tekst,

zaprezentować wyniki pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

mapa klimatyczna świata,

−

diagramy klimatyczne,

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [20, 44].

Ćwiczenie 2

Określ położenie geograficzne na mapie Europy określonych stacji klimatycznych:

Valentia, Warszawa, Kursk, Orenburg. Połącz te miasta linią koloru czerwonego. Ustal,
według jakiego kryterium wybrano te stacje klimatyczne? Umieść w tabeli dane klimatyczne
miejscowości umieszczonych na mapie, temperaturę i opady rejestrowane w tych stacjach.
Wykonaj wykres przedstawiający przebieg temperatur i opadów wzdłuż 52° szer. geogr. N

Tabela do ćwiczenia 2 [67]

Wyszczególnienie Temp. II – °C

Temp. VII –

°C

Opad I – cm

Opad VII –

Valentia – morze

Warszawa

Kursk

Orenburg – ląd

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Mapa do ćwiczenia 2 [67]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić płożenie geograficzne wybranych stacji meteorologicznych, korzystając
z przygotowanych przez nauczyciela materiałów,

zaznaczyć położenie stacji meteorologicznych na konturowej świata, ustalić kryterium
wyboru,

scharakteryzować rozkład i kierunki zmian temperatury w okresie zimy i lata,

wyszukać dane klimatyczne miejscowości umieszczonych na mapie oraz temperaturę
i opady rejestrowane w tych stacjach,

skorzystać z programu Excel i wykonać wykres liniowo-kolumnowy (z dwoma osiami
„y”) przebiegu temperatury: zima – linia niebieska, lato – linia czerwona i opadów: zima
– słupek niebieski, lato – słupek czerwony,

dokonać analizy wykresu,

zapisać wnioski w zeszycie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [20, 44],

−

komputer z programem Excel,

−

mapa konturowa świata,

−

wybrane dane klimatyczne miejscowości umieszczonych na mapie,

−

tabela do wykresu – przebieg temperatur i opadów wzdłuż 52° szer. geogr. N.

Ćwiczenie 3

Narysuj wykresy na podstawie danych z wybranych stacji klimatycznych.

Dane klimatyczne wybranej stacji do ćwiczenia 1.

Czeluskin (77°43' N, 104°18' E)

III

VII

VIII

XII

Temp.
(°C)

-31,3

-29,7

-28,5

-22,6

-11,2

-2,8

0,8

0,6

-2,9

-10,3

-22,6

-27,4

Opad
(mm)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Warszawa (52°13’ N, 21°02’ E)

III

VII

VIII

XII

Temp.
(°C)

-2,9

-2,0

1,8

7,6

13,8

16,8

18,6

17,2

13,3

7,8

2,3

-1,3

Opad
(mm)

Szanghaj (31°12' N, 121°26' E)

III

VII

VIII

XII

Temp.
(°C)

3,2

4,1

8,0

13,5

18,8

23,1

27,1

27,0

22,8

17,4

11,3

5,8

Opad
(mm)

176

145

142

127

Ajn Salah (27°12' N, 2°2' E)

III

VII

VIII

XII

Temp.
(°C)

13,3

16,1

20,0

25,0

28,9

35,0

36,7

35,8

32,8

26,7

19,1

14,4

Opad
(mm)

0,6

0,9

0,2

0,1

0,2

0,5

0,3

Kisangani (0°26’ N, 25°14’ E)

III

VII

VIII

XII

Temp. (°C)

25,7

25,4

26,1

26,2

25,8

25,2

24,5

24,7

25,1

25,2

25,1

Opad (mm)

178

157

137

114

132

165

183

218

198

Mapa do ćwiczenia 1 [69]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wskazać na mapie położenie przydzielonej stacji zgodnie z danymi w tabeli,

wykonać analizę danych z tabeli,

narysować na papierze milimetrowym wykres klimatyczny określonej stacji,

zaznaczyć stację na mapie świata,

wykonać analizę wykresu,

zwrócić uwagę na:

−

najcieplejszy miesiąc i jego średnią temperaturę,

−

najzimniejszy miesiąc i jego średnią temperaturę,

−

różnice temperatur w roku (roczna amplituda temperatur),

−

długość trwania lata klimatycznego,

−

wielkość opadów w ciągu roku i ich zmiany w poszczególnych miesiącach,

zaznaczyć zasięg stref klimatycznych, również na półkuli południowej (pamiętając, że
strefy układają się symetrycznie względem równika), na podstawie zebranych danych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wyjaśnić związek między rozmieszczeniem stref klimatycznych na Ziemi a jej
oświetleniem w ciągu roku,

zapisać wnioski w zeszycie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

mapy klimatyczne świata,

–

dane klimatyczne określonych stacji,

–

literatura zgodna z ćwiczeniem [21, 46],

–

kserokopie materiałów,

–

papier milimetrowy A4, flamastry.

Ćwiczenie 4

Określ różnice między klimatem a pogodą poprzez analizę tekstów.

Dnia 6 grudnia w Warszawie świeciło Słońce, a temperatura powietrza wynosiła 9ºC,
wiał suchy, porywisty wiatr. Zazwyczaj o tej porze roku średnia temperatura tego
miesiąca wynosi 3÷4ºC i występują opady deszczu ze śniegiem. Dziś niebo jest
bezchmurne i brak nawet mżawki. Takie anomalie pogodowe ostatnio często się zdarzają.
Klimat tej części Polski o tej porze roku podlega wpływom kontynentalnym, zima jest
dłuższa i chłodniejsza - szczególnie na wschodzie.

Zwiedzałem ten piękny region Hiszpanii latem i muszę przyznać, że było to najcieplejsze
lato w moim życiu. Termometr wskazywał 30ºC w cieniu, chwilami upał był dla mnie,
bądź co bądź mieszkańca północy, nie do wytrzymania. Przeżyłem też dzień, kiedy na
termometrze było 49,9ºC. Moi hiszpańscy przyjaciele twierdzili, że nie powinienem
narzekać. Wprawdzie w Andaluzji, a zwłaszcza w Sewilli – najcieplejszym mieście
Hiszpanii – bywa bardzo gorąco, ale dzięki położeniu nad morzem i naturalnym
zbiornikom wilgoci, jakimi są rzeki, upały łatwiej znieść niż na wysuszonej Mesecie
Kastylijskiej. Wszystko to prawda, ale dałbym dużo, byleby było troszkę chłodniej albo
przynajmniej spadł deszcz i orzeźwił powietrze. Tymczasem na Nizinie Andaluzyjskiej,
która stanowi przeważającą część obszaru regionu, natura skąpi opadów. W niektórych
miejscach zdarza się 260 dni bez deszczu, a na przylądku Gata, w najbardziej na wschód
położonej prowincji Andaluzji Almerii, roczny opad nie przekracza 130 mm [39].

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przypomnieć pojęcia pogody i klimatu,

przeanalizować otrzymany tekst,

określić różnice między tymi pojęciami i podkreślić je w wybranym tekście:

–

na czerwono – cechy pogody,

–

na zielono – cechy klimatu.

zapisać różnice między pojęciami w tabeli,

wyszukać w literaturze podobne teksty i przeprowadzić ich analizę,

zapisać wnioski do zeszytu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

mapa klimatyczna Europy,

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [11, 39],

−

tekst do analizy,

−

flamastry, zeszyt.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wymienić procesy klimatotwórcze?

wymienić fronty atmosferyczne oraz ich podział?

wyjaśnić proces biegu ciepła w atmosferze?

wyjaśnić obieg wilgoci w atmosferze?

wyjaśnić zadania Działu Służby Obserwacyjno-Pomiarowej?

scharakteryzować warunki lokalizacji stacji meteorologicznej?

sklasyfikować stacje meteorologiczne i ich lokalizację?

określić rodzaje posterunków meteorologicznych i scharakteryzować
ich funkcje?

wyjaśnić

przykład

sieci

obserwacyjno-pomiarowej

i scharakteryzować lokalizację poszczególnych punktów pomiaru?

10)

określić standardowe pomiary meteorologiczne?

11)

określić harmonogram obserwacji i pomiarów meteorologicznych?

12)

przedstawić zakres obserwacji meteorologicznych?

POGODA

KLIMAT

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Promieniowanie słoneczne i usłonecznienie

4.2.1. Materiał nauczania

Usłonecznienie to czas dopływu bezpośredniego promieniowania słonecznego do

powierzchni Ziemi. Zależne jest ono od długości dnia i wielkości zachmurzenia ogólnego
nieba [5, 60].

Insolacja (nasłonecznienie) – oddziaływanie promieniowania słonecznego zarówno na

Ziemię jako całość, jak również na poszczególne elementy powłoki ziemskiej: atmosferę,
litosferę, hydrosferę, jak również na pojedyncze elementy środowiska, np. blok skalny.

Usłonecznienie mierzy się jako sumę dobową operacji Słońca, sumę miesięczną lub sumę

roczną. Usłonecznienie dobowe zależy od następujących czynników:

–

długości dnia, która określa usłonecznienie maksymalnie możliwe (Um), czyli czas od
momentu wschodu Słońca do momentu jego zachodu,

–

zachmurzenia, które ogranicza możliwość dotarcia promieni słonecznych do
powierzchni,

–

zespołu czynników topograficznych, który może powodować zacienienie terenu przez
znajdujące się w otoczeniu miejsca pomiarów wyniosłości terenowych lub własne cechy
powierzchni jak nachylenie i ekspozycja zboczy.
Usłonecznienie rzeczywiste (Ur) jest wyrażone w godzinach i ich częściach dziesiątych

oraz stanowi wynik pomiarów heliograficznych. Usłonecznienie względne (Uw) określa,
w jakim procencie maksymalnie możliwego czasu usłonecznienia (Um) odnotowano na danej
stacji występowanie usłonecznienia rzeczywistego. Można obliczyć ze wzoru:

Uw = (Ur/Um) (usłonecznienie wyrażone w ułamku)

lub

Uw = (Ur/Um) · 100% [w procentach] [61]

Usłonecznienie względne w sposób najbardziej poglądowy charakteryzuje działanie

czynnika meteorologicznego w kształtowaniu usłonecznienia; niweluje ono wpływ zmiennej
długości dnia, jednak w małym stopniu informuje o rzeczywistej (bezwzględnej) zmienności
długości czasu operacji Słońca.

Usłonecznienie miesięczne stanowi sumę usłonecznienia dobowego zmierzonego

w danym miesiącu, usłonecznienie roczne - odpowiednio sumę roczną.

W skali roku (usłonecznienie roczne) każdy punkt na powierzchni Ziemi teoretycznie

powinien posiadać taką samą wartość usłonecznienia. Ponieważ można przyjąć, że średnia
refrakcja atmosferyczna jest jednakowa w skali globu, strata (zmniejszenie się)
usłonecznienia „zimą” (krótszy dzień) jest dokładnie rekompensowana wzrostem
usłonecznienia w okresie „lata” (dłuższy dzień) [40, 46].

Heliograf to przyrząd do pomiaru usłonecznienia. Jednym z najpopularniejszych typów

heliografów jest heliograf Campbell-Stockesa (rys. 6). Jest to szklana kula o średnicy
ok. 10 cm, spełniająca rolę soczewki skupiającej promienie słoneczne. Na metalowym
półpierścieniu umieszczonym w odległości ogniskowej znajduje się tekturowy pasek, na
którym w miarę przemieszczania się Słońca jest wypalany przez promienia słoneczne ślad.

Sumowanie długości śladów wypalonych na pasku informują o łącznej długości czasu,

kiedy promienie słoneczne bezpośrednio docierały do powierzchni Ziemi, a więc o liczbie
godzin usłonecznienia rzeczywistego [61].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ustawia się go poziomo w miejscu nieosłoniętym, orientując go na kierunek północ-

-południe oraz na szerokość geograficzną miejsca pomiaru. Pasek na przyrządzie zmienia się
raz na dobę, wcześnie rano lub późnym wieczorem (po zachodzie lub przed zachodem
Słońca).

Heliografy Campbell-Stockesa rozpoczynają notować usłonecznienie dopiero od

momentu, w którym natężenie promieniowania słonecznego jest równe i przekracza
0.3 cal/cm

-2

/min (209W/m

-2

). Nie odnotowują usłoneczniena tuż po wschodzie i przed

zachodem Słońca, gdy wysokość Słońca jest mniejsza od 3°. W wysokich szerokościach
powoduje to zdecydowane zafałszowanie wyników pomiarów zimą, gdyż okres, w którym
wysokość Słońca jest niższa od 3° może być długi. Jednocześnie heliografy tego typu notują
usłonecznienie również wtedy, gdy przy większych wysokościach Słońca niebo jest
przesłonięte chmurami wysokimi lub cienką warstwą chmur średnic). Dokładność pomiarów
heliografu C-S mieści się w granicach około 0,1 godz. (6 min.).

Rys. 6. Heliograf Campbell – Stockesa [61]

Inne typy heliografów notują czas promieniowania słonecznego na papierze

wiatłoczułym lub stosuje się w nich elementy fotoelektryczne jako czujniki pomiarowe zaś

wynik pomiaru zapisuje rejestrator elektryczny [61].
Temperatura powietrza

Temperatura powietrza jest jednym z ważniejszych elementów pogody. Jest ona

wielkością fizyczną określającą stopień nagrzania ciała. Temperaturę określa się w stopniach
skali termometrycznej:

Skala Celsjusza – 0º temperatura powodująca chemicznie topnienie czystego lodu,

a temperaturę wrzenia wody chemicznie czystej przy ciśnieniu 760 mm Hg jako 100º.
Jednostka podstawowa setna część odległości między punktami 0º i 100º.

Skala Fahrenheita – temperaturze topnienia lodu odpowiada punkt 32ºF, a temperaturze

wrzenia wody punkt 212º F. Odległość między tymi punktami podzielono na 180 części.
Przelicznik na ºC

)

−−−−

⋅⋅⋅⋅

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Skala Kelwina (bezwzględna skala temperatury) – 0ºK to temperatura, w której ustaje

ruch cieplny cząsteczek (–273,16ºC). Kelwin jest 1/273 częścią temperatury punktu
potrójnego wody (odpowiada temp. 0,01ºC). Jeden stopień tej skali jest równy jednemu
stopniowi skali Celsjusza. W praktyce przyjmuje się, że 0 K = –273,16ºC a 0ºC=273,16 K.
Przelicznik

273

−−−−

Rodzaje termometrów
1.

Cieczowe – należą do najczęściej używanych na stacjach meteorologicznych. W Polsce
w termometrach cieczowych stosowana jest głównie rtęć ze względu na to, że nie jest
przezroczysta, nie zwilża szkła i krzepnie w temperaturze –38,9

C, a wrze

w temperaturze 357

C. Przy niższych temperaturach stosowany jest alkohol etylowy [68,

77].

Oporowe – wykorzystano w nich związek oporu elektrycznego przewodników
i półprzewodników ze zmianami temperatury oraz zdolność powstania siły
termoelektrycznej w obwodzie złożonym z tych materiałów, których spojenia mają różną
temperaturę. Zasada działania tego przyrządu polega na wykorzystaniu zmian oporu
drutu platynowego przy zmianie temperatury powietrza. Bateria jest źródłem prądu,
a miernik oporu jest wykalibrowany tak, aby wskazywał temperaturę. Termometry te
stosowane są coraz częściej ze względu na duża dokładność pomiaru i możliwość
ciągłego zapisu temperatury.

Termoelektryczne – składają się z dwóch metali (bimetal) o wyraźnie różniących się
współczynnikach rozszerzalności cieplnej. Przykładem przyrządu, w którym stosowany
jest bimetal jest termograf. Przyrząd ten służy do ciągłej rejestracji temperatury
powietrza. Odkształcenie bimetalu, w wyniku zmian temperatury powietrza, przenoszone
jest przez system dźwigni na ramię z zamontowanym na końcu piórkiem wypełnionym
tuszem. Wielkość temperatury powietrza rejestrowana jest na specjalnym pasku papieru
(termogramie), który zakłada się na bęben poruszany mechanizmem zegarowym.
Stosowane są termografy tygodniowe i dobowe [72].

Termometr stacyjny – służy do pomiaru aktualnej temperatury powietrza, ustawiony
pionowo w klatce meteorologicznej jest jednocześnie elementem składowym
psychrometru Augusta. Zakres mierzonych temperatur wynosi od –38º C do +50º C,
a najmniejsze działki na skali termometru wynoszą 0,2º C.

Termometry ekstremalne to:

–

maksymalny – połączenie kapilary ze zbiorniczkiem jest wyraźnie zwężone,
z powodu umieszczenia w kapilarze cienkiego pręcika szklanego. Podczas wzrostu
temperatury ciecz termometryczna rozszerza się, wytwarzając dostatecznie wysokie
ciśnienie umożliwiające przemieszczenie się cieczy do kapilary. Podczas obniżania
się temperatury następuje przerwanie słupka cieczy w miejscu przewężenia,
w kapilarze pozostaje tyle cieczy termometrycznej, ile jej wydostało się ze
zbiorniczka w czasie wystąpienia najwyższej temperatury,

–

minimalny – cieczą termometru jest alkohol, który wolno reaguje na zmiany
temperatury, stąd zbiorniczek tego termometru ma widełkowaty i wydłużony kształt,
zapewniający większą powierzchnię. W zbiorniczku jest zanurzony oznakowany
kontrastową barwą pręcik. Termometr na stanowisku pomiarowym jest umieszczony
w pozycji poziomej. Wzrost temperatury i związane z nim przemieszczanie się
cieczy w górę skali nie wywiera wpływu na położenie pręcika. Spadek temperatury
natomiast powoduje, że pręcik przesuwa się wraz z meniskiem cieczy w dół kapilary.
Pręcik zatrzymuje się w miejscu wskazanym przez najniższą temperaturę.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Termograf to przyrząd, którego częścią reagującą na zmiany temperatury jest tu płytka
bimetaliczna. Zapis odbywa się na pasku papierowym zwanym termogramem.
Dobową sumę promieniowania całkowitego (suma promieniowania bezpośredniego

i rozproszonego) obliczamy na podstawie zmodyfikowanego wzoru Blacka:

T = I~ (0,18 + 0,73 s/so) [cal cm

-2

]

gdzie:
T – suma promieniowania całkowitego [cal/cm

s i s

– powierzchnia [cm

I~ promieniowanie

w poszczególnych miesiącach dla różnych szerokości

geograficznych [cal/cm

Odstępstwo od obowiązujących jednostek układu SI jest w tym wypadku koniecznością.

Wszystkie wzory empiryczne do obliczania parowania (w tym obowiązujące w projektowaniu
melioracyjnym), w których uwzględnia się promieniowanie całkowite, mają sens liczbowy
tylko wówczas, gdy promieniowanie wyrażone jest w cal lub kcal. Sumę dekadową uzyskamy
mnożąc otrzymaną wartość przez 10 lub 11 (w ostatniej dekadzie lutego 8 lub 9), natomiast
sumę miesięczną obliczamy mnożąc otrzymane T przez liczbę dni w miesiącu [75].

Kąt padania promieni słonecznych w różnych szerokościach geograficznych

Kąt padania promieni słonecznych zależy od dnia, w którym chcemy go zmierzyć oraz od

półkuli, na której się znajdujemy [64]. Ogólny wzór na dni równonocy.

–

21 marca i 23 września, gdy Słońce jest w zenicie nad równikiem obliczamy ze wzoru
α

=90°-φ

Półkula północna:

–

22 czerwca, gdy Słońce jest w zenicie nad Zwrotnikiem Raka – α = 90°-φ+23°27'

–

22 grudnia, kiedy Słońce jest w zenicie nad Zwrotnikiem Koziorożca α = 90°-φ-23°27'
Półkula południowa:

–

22 czerwca, gdy słońce jest w zenicie nad Zwrotnikiem Raka – α = 90°-φ-23°27'

–

22 grudnia, gdy Słońce jest w zenicie nad Zwrotnikiem Koziorożca α=90°-φ+23°27'
gdzie:
φ

– oznacza szerokość geograficzną,

– oznacza kąt padania promieni słonecznych na dany punkt φ,

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

Jak zdefiniujesz usłonecznienie?

Jakie znasz rodzaje usłonecznienia?

Od czego zależy usłonecznienie dobowe?

W jaki sposób obliczamy dobową sumę promieniowania całkowitego?

Jak zdefiniować pojęcia: usłonecznienie rzeczywiste, względne i możliwe?

Jaka jest budowa i zasada działania heliografu Campbela-Stokesa?

Jakie znasz rodzaje termometrów? Omów ich zastosowanie.

Jaka jest zasada działania termometru cieczowego?

Jakie znasz skale termometryczne?

10.

Jak obliczyć kąt padania promieni słonecznych w różnych szerokościach geograficznych?

11.

Jaka jest różnica między usłonecznieniem, a nasłonecznieniem?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie l

Oblicz parametry dotyczące promieniowania słonecznego:

kąty padania promieni słonecznych o godz. 12 czasu miejscowego w dniach 21.03, 23.09
i 22.12 dla: a) Gdyni (i) = 54,50, b) Krakowa (i) = 50,00. Określ kierunek
geograficzny[18],

kąt nachylenia zbocza, na które padają promienie słoneczne pod kątem prostym w dniu
22 vi i 23 ix w południe czasu miejscowego w okolicach Wrocławia (i) = 51. Określ
kierunek geograficzny,

długość dnia na równiku, 30

i 60

szerokości geograficznej północnej w dniach 21.03,

22.06 i 22.12,

usłonecznienie względne w dniach 15.06 i 15.12 w Gdańsku (i) = 54,50 i Zakopanem
(i) = 49,50, gdy usłonecznienie rzeczywiste wynosiło w obu przypadkach 6 godzin,

bilans promieniowania krótkofalowego poziomej powierzchni l ha: a) suchej gleby
piaszczystej, b) pola ziemniaków, gdy kąt padania promieni słonecznych wynosił:
a) 13

º, b) 46º, a współczynnik przezroczystości atmosfery pm: a) 0,29, b) 0,62,

ile kalorii w ciągu 10 minut w południe 22.06, otrzymały wskutek absorpcji
promieniowania bezpośredniego, położone w rejonie Rzeszowa (i = 50°) pokryte trawą
zbocza południowe i północne o nachyleniu a) 5°, b) 40°?

wysokość Słońca nad horyzontem w miejscowości leżącej na 40 stopniu szerokości
geograficznej północnej w dniach rozpoczynających astronomiczne pory roku.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w poradniku dla ucznia czy podane w zadaniu wielkości mają jednostki zgodne
z układem SI,

przeanalizować treść zadania,

zapisać w zeszycie wzory obliczeniowe,

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [44, 49],

−

kalkulator.

Ćwiczenie 2

W której miejscowości: Zakopanem czy Gdańsku, usłonecznienie względne będzie

większe podczas bezchmurnego dnia czerwcowego i grudniowego, gdy usłonecznienie
rzeczywiste w obu miejscowościach i obu miesiącach jest takie same?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zapisać w zeszycie wzory obliczeniowe,

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [61]

−

kalkulator.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić definicję usłonecznienia?

wymienić czynniki decydujące o usłonecznieniu dobowym?

określić sposób obliczenia dobowej sumy promieniowania całkowitego?

określić pojęcia: usłonecznienie rzeczywiste, względne i możliwe?

wyjaśnić budowę i zasadę działania heliografu Campbela-Stokesa?

sklasyfikować rodzaje termometrów?

scharakteryzować zastosowanie termometrów?

scharakteryzować budowę i zasadę działania jednego z wybranych
termometrów?

wymienić skale termometryczne?

10)

określić przeliczniki skal?

11)

wyjaśnić zasadę obliczania kąta padania promieni słonecznych w różnych
szerokościach geograficznych?

12)

określić przyczyny zmniejszenia ilości energii promieniowania słonecznego
docierającego do powierzchni Ziemi?

13)

wyjaśnić różnicę między usłonecznieniem a nasłonecznieniem?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.

Pomiary i obserwacje czynników klimatycznych

4.3.1. Materiał nauczania

Zachmurzenie

Stopień pokrycia nieba chmurami nazywa się zachmurzeniem. Określa się je bez użycia

przyrządów (wizualnie), podając jego wielkość w skali od 0 do 8 (skala 9-stopniowa) albo od
0 do 10 (skala 11-stopniowa) lub określając procentowo, jaka część nieba pokryta jest przez
chmury, przyjmując 0 na oznaczenie nieba bezchmurnego. Przy pełnej charakterystyce
zachmurzenie podaje się dodatkowo rodzaje chmur i wysokość ich podstawy.

Tabela 1. Symbole zachmurzenia na mapie synoptycznej [65]

Tabela 2. Liczba klucza i ułamek pokrycia nieba chmurami [75]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Większe zachmurzenie występuje zwykle nad oceanami niż nad lądami (wyjątkiem jest

strefa równikowa). Na mapach klimatycznych średnie zachmurzenie oznacza się izonefami
(tab. 1) [65]. Zachmurzenie wyrażamy w oktantach, tj. w ósmych częściach całego sklepienia
nieba i notujemy liczbami klucza (tab. 2). Przyrządem pomiarowy określającym
zachmurzenie jest oko, dlatego dokonując pomiaru w ten sposób należy pamiętać, że jest on
mało dokładny [74].

Pomiar parametrów wiatru

Wiatr jest ruchem powietrza. Przypisany mu jest wektor o określonej wielkości (prędkość

wiatru) i zwrocie (kierunek wiatru). Stan, w którym powietrze znajduje się w bezruchu
określa się mianem ciszy. Kierunek wiatru jest to kierunek, z jakiego wiatr wieje. Określenie
„wiatr zachodni” oznacza, że wiatr wieje z kierunku zachodniego. W praktyce obserwacyjnej
kierunek wiatru powinien być określony z dokładnością nie mniejszą niż 10° (miary kątowej,
współrzędne azymutalne). Jeśli kierunek wiatru mierzony jest względem nieruchomego
punktu na powierzchni Ziemi, to jest kierunkiem rzeczywistym. Jeśli pomiar kierunku wiatru
prowadzony jest przez przyrząd znajdujący się w ruchu względem powierzchni Ziemi
(znajdujący się na statku, samolocie, innym obiekcie ruchomym) taki kierunek jest
kierunkiem wiatru pozornego [79].

Prędkość wiatru określa drogę, jaką w jednostce czasu powietrze przebywa względem

przyrządu pomiarowego. Jeśli przyrząd pomiarowy jest w momencie pomiaru nieruchomy
względem punktu na powierzchni Ziemi, przyrząd będzie mierzył prędkość wiatru
rzeczywistego, jeśli przyrząd znajduje się na obiekcie poruszającym się względem
powierzchni Ziemi (statek, samolot, wózek, itp.) mierzona będzie prędkość wiatru pozornego.
Jednostką prędkości wiatru są metry na sekundę (m/s). Dopuszczalną wielkością są również
węzły (w, [1w = Mm/h] lub [1w ≈ 0.5m/s]).

Przyrządy do pomiaru prędkości i kierunku wiatru

Przyrządy służące do pomiaru parametrów wiatru można podzielić na:

–

wiatromierze stacjonarne, czyli instalowane na stałe w wyznaczonych miejscach (na
masztach, powyżej pokładu pelengowego),

–

wiatromierze ręczne, które na statkach morskich, stanowią wymagany przepisami
element wyposażenia dodatkowego,
Wiatromierze stacjonarne najczęściej mają dwa odrębne czujniki:

–

czujnik mierzący prędkość wiatru (rys. 7),

–

czujnik mierzący kierunek wiatru (rys. 7).

Rys. 7. Czujniki wiatromierza stacjonarnego. Lewy (z czaszami) – czujnik pomiaru prędkości wiatru,

prawy – czujnik kierunku wiatru (brzechwa) [60]

Czujniki wiatromierzy stacjonarnych najczęściej zamieniają mierzone wielkości

prędkości i kierunku wiatru na wielkości elektryczne (napięcie, częstotliwość prądu
zmiennego, liczby impulsów prostokątnych), które są przekazywane drogą kablową do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

urządzenia odbiorczego znajdującego się wewnątrz pomieszczeń stacji meteorologicznej.
W nim są dekodowane i przedstawiane za pomocą wskaźników wychyłowych lub
wyświetlaczy cyfrowych [60].

Najprostsze układy pomiaru prędkości wiatru to układy czaszowe (rys. 7). Posiadają

3 lub 4 czasze, dokładnie wyważone, osadzone na obrotowej, łożyskowanej osi. W czasie
działania wiatru powstające różnice ciśnienia na wypukłej i wklęsłej części czasz
doprowadzając do powstania siły wprawiającej w ruch obrotowy układ czasz. Prędkość
obrotów czasz zamieniana jest na wielkość elektryczną Generowane przez czujnik prędkości
wiatru impulsy są zliczane w jednostce czasu (np. co 1 s) przez układ pomiarowy. Jeśli np. do
obrotu układu czasz o 360° wiatr musi przebyć względem czasz np. 60 cm, każdy obrót
czaszy o 360° generuje 1 impuls, układ zliczył w ciągu sekundy 3 impulsy, to:

1 impuls na 1 obrót czasz: 3 impulsy · 0.6 m = 1.8m/s (prędkość wiatru).
Odpowiedni układ przeliczający, najczęściej przetwornik analogowo-cyfrowy, sterujący

jednocześnie wyświetlaczem cyfrowym, dokonuje operacji obliczeniowych i wyświetlacz
pokazuje określoną przez sterownik wartość. W przypadku pomiaru częstotliwości, napięcia,
oporu lub innej wartości elektrycznej, stosuje odpowiednio inne układy analizująco-zliczające
i odpowiednie, dostosowane do tych urządzeń urządzenia wizualizujące (od wskaźników
wychyłowych po monitory) [60].

Czujniki kierunku wiatru najczęściej konstruowane są jako „oś z brzechwą”. Na

pionowej osi, przymocowany jest element poprzeczny (horyzontalny), na którego jednym
z końców znajduje się brzechwa (element pionowy o niewielkiej powierzchni), na drugim –
obciążenie, równoważące masę brzechwy. W przypadku działania wiatru, na powierzchni
brzechwy powstają różnice ciśnień, w wyniku której pojawia się moment skręcający.
Brzechwa stabilizuje swoje położenie względem wiatru, gdy różnice ciśnienia na obu jej
powierzchniach bocznych wyrównują się. Jest to sytuacja, gdy brzechwa ustawia się zgodnie
z kierunkiem wiatru (równoległe do kierunku przepływu powietrza). W tym przypadku
przeciwny do położenia brzechwy koniec elementu horyzontalnego wskazuje kierunek,
z którego wieje wiatr. Orientacja względem początku układu odniesienia jest zamieniana na
wielkość elektryczną, która w układzie pomiarowym zostaje dekodowana i wizualizowana.

Wiatromierze nie zawierające żadnych części ruchomych, działają na zasadzie pomiaru

różnic ciśnienia występujących na 4 (na ogół, niekiedy 5 lub 6) rurkach Pittota, których
wyloty są odpowiednio odchylone. Tam, różnice ciśnienia, proporcjonalne do kierunku
i prędkości wiatru względem każdego z wylotów rurek Pittota, zamieniane na wielkości
elektryczne (przetwornik analogowo-cyfrowy), a następnie są przeliczane przez
wyspecjalizowany mikroprocesor i wizualizowane. Obecnie dość często na statkach spotyka
się również wiatromierze ultradźwiękowe. Przykłady niektórych układów wiatromierzy
przedstawiają rys. 8 i 9.

Rys. 8. Układ czujników i zespół mierników wiatromierza jachtowego [60]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Czujnik kierunku i prędkości wiatru znajdują się w tym samym bloku, na wytyku (żółta,

ugięta rurka). Z wtyku wyprowadzony jest kabel wielożyłowy, zakończony wtykiem,
służącym do połączenia z następnym odcinkiem kabla, doprowadzającego sygnał do
mierników (w szarej obudowie). Prawy miernik – prędkość wiatru pozornego, mierniki lewy
i środkowy – wskaźnik i sektorowe kąta wiatru pozornego.

Rys. 9. Czujnik prędkości wiatru (3.czaszowy) i miernik prędkości i kierunku wiatru [60]

Kierunek wiatru za pomocą czujnika (rys. 9) oznaczony jest przez świecenie diody

półprzewodnikowej na obwodzie róży wiatrów. Przyrząd konstruowany dla stacji lądowych,
na których istnieje możliwość stałego zorientowania czujnika kierunku wiatru względem
stron świata, stąd geograficzne oznaczenia kierunków N, NE, E [79].

Przyrządy ręczne to proste i niewielkie urządzenia pozwalające na pomiar prędkości

wiatru. Dzielą się one na:

–

anemometry,

–

anemotachometry.
Anemometr mierzy średnią prędkość wiatru [60]. Zlicza on drogę wiatru przebytą

względem przyrządu. W najprostszym przypadku zapisuje się stan licznika przyrządu przed
pomiarem, następnie trzymając przyrząd w ręku uruchamia się licznik na określony czas (100
lub 60s) i po upływie tego czasu wyłącza. Następnie odczytuje się stan licznika po pomiarze.
Od stanu licznika po pomiarze odejmuje się stan licznika przed pomiarem; otrzymana wartość
stanowi drogę powietrza względem przyrządu. Dzieląc tą wielkość przez czas pomiaru
uzyskujemy średnią (100 sekundową lub 60 sekundową) prędkość wiatru. Tak działa na
przykład anemometr Robinsona [60].

Pewną odmianą anemometrów są anemometry całkujące (np. anemometr całkujący

Rosemillera rys. 10). W tych przyrządach znajduje się mechanizm zegarowy, który wraz
z rozpoczęciem pomiaru uruchamia się i wyłącza pomiar automatycznie po 100 s.
Jednocześnie wewnątrz przyrządu znajduje się mechaniczny układ całkujący, liczący wartość
ś

redniej prędkości wiatru.

Rys. 10. Anemometr całkujący Rosemillera [60]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Anemotachometr mierzy chwilową prędkość wiatru (rys. 11). Jego konstrukcja oparta

jest na napędzanej przez wirujące czasze osi pionowej obracającej niewielki magnes,
wzbudzający prąd wirowy w znajdującej się pod magnesem aluminiowej tarczy, która skręca
się o kąt proporcjonalny do prędkości wirowania magnesu. Pod wpływem działania wiatru
przyrząd wskazuje aktualną prędkość wiatru. Przyrządy skalowane są w m/s lub w węzłach.
Niekiedy dodatkowo posiadają pomocniczą skala Beauforta [60].

Rys. 11. Anemotachometr [60]

W czasie pomiaru prędkość wiatru odczytuje się w tym miejscu skali, wokół którego

strzałka przyrządu znajduje się najczęściej (odpowiada to w przybliżeniu średniej prędkości
wiatru). Za pomocą anemotachometru można określić maksymalną prędkość wiatru
w porywach, czego nie można dokonać korzystając z anemometrów.

Obserwacje wiatru

Pomiar kierunku i prędkości wiatru powinien być wykonywany za pomocą określonych

przyrządów (np.: wiatromierzy, anemometrów, itp.). Tylko w wyjątkowych sytuacjach można
zastąpić go w części lub w całości obserwacją. Standardy wykonywania obserwacji
meteorologicznych wymagają, aby podawana w depeszach SHIP (lub SYNOP) oraz
zapisywane w dziennikach obserwacyjnych prędkość wiatru była średnią 10min. Dopuszcza
się również przekazywanie w depeszy i notowanie w dziennikach obserwacyjnych średnich
100 lub 60 s, lecz fakt taki musi być wyraźnie zaznaczony w uwagach zawartych
w Dzienniku Obserwacji. Wartość średniej prędkości wiatru powinna być zaokrąglona do
pełnych m/s, zgodnie z obowiązującymi zasadami zaokrąglania [46].

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

Jak określa się zachmurzenie?

Jakie znasz rodzaje i symbole zachmurzenia?

Jak zdefiniujesz pojęcie wiatru?

Jakie parametry fizyczne określają wiatr?

Jakie przyrządy służą do pomiaru prędkości średniej i chwilowej wiatru?

Jak działa wiatromierz?

Jak zmierzysz prędkości średnią wiatru za pomocą anemometru?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz metodą graficzną parametry wiatru rzeczywistego, gdy na statku płynącym

kursem 235° z prędkością 12m/s określono prędkość wiatru pozornego na 7 m/s, a kąt
kursowy wiatru na 125° prawej burty. Jaka będzie siła wiatru?

Rysunek do ćwiczenia 1 [67]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

określić parametry wiatru rzeczywistego i pozornego,

zapisać w zeszycie wzory obliczeniowe,

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [44, 49],

−

kalkulator.

Ćwiczenie 2

Oblicz za pomocą diagramu parametry wiatru rzeczywistego, gdy na statku płynącym

kursem 125° z prędkością 9,5 m/s w określono prędkość wiatru pozornego na 12 m/s, a kąt
kursowy wiatru na 040°. Jaka będzie to siła wiatru?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rysunek do ćwiczenia 2 [67]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

określić parametry wiatru rzeczywistego i pozornego,

zapisać w zeszycie wzory obliczeniowe,

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [44, 49],

−

kalkulator.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić czym jest zachmurzenie?

wymienić jednostkę zachmurzenia?

wymienić rodzaje i symbole zachmurzenia?

zdefiniować pojęcie wiatru?

przedstawić, jakie parametry fizyczne opisują wiatr?

wymienić jednostki, w których mierzymy parametry wiatru?

dobrać przyrządy do pomiaru prędkości średniej i chwilowej wiatru?

wyjaśnić zasadę działania wiatromierza?

wyjaśnić zasadę pomiaru prędkości średniej wiatru za pomocą
anemometru?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Mechanizm cyrkulacji atmosfery

4.4.1. Materiał nauczania

Promienie słoneczne docierające do Ziemi, powodują, że obszary równikowe

i zwrotnikowe otrzymują więcej energii słonecznej, niż obszary w średnich szerokościach
geograficznych i obszary polarne. Do obszarów międzyzwrotnikowych dociera więcej
promieniowania niż są one w stanie wypromieniować w formie ciepła, podczas gdy obszary
polarne wypromieniowują więcej niż same otrzymują [71]. Ta dysproporcja w nagrzaniu
powierzchni Ziemi jest podstawą funkcjonowania mechanizmów cyrkulacji atmosfery
i krążenia wody w oceanach.

Rys. 12. Ogólna cyrkulacja atmosfery [69]

Ziemia obraca się wokół swojej osi. Oś ta jest nachylona pod stałym kątem do

płaszczyzny orbity, po której Ziemia obiega Słońce. Poza tym istnieje zróżnicowanie
w rozkładzie lądów i mórz na kuli ziemskiej – na półkuli północnej jest więcej obszarów
lądowych, niż na półkuli południowej (rys. 12.). Ogólna cyrkulacja atmosfery składa się
z trzech komórek (rys. 13), zarówno dla półkuli północnej i południowej. Są to:

Rys. 13. Uproszczony model ogólnej cyrkulacji atmosfery [69]

Komórka Hadleya – w niskich szerokościach geograficznych powietrze przemieszcza się
w kierunku równika. Ogrzewając się, podnosi się do góry i odpływa w kierunku
biegunów w górnych partiach troposfery – opada w okolicy zwrotników. Taka komórka
cyrkulacyjna decyduje o cechach klimatów – od równikowego po podzwrotnikowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Komórka Ferrela – komórka ta, nazwana tak przez Farrela w XIX wieku, ma duże
znaczenie w kształtowaniu się różnych procesów pogodowych w umiarkowanych
szerokościach geograficznych. W komórce tej powietrze przemieszcza się w kierunku
bieguna blisko powierzchni Ziemi, skręcając nieco na wschód, a odpływa w stronę
równika w wyższych partiach troposfery, skręcając na zachód.

Komórka polarna – powietrze unosi się, rozdziela i kieruje w stronę biegunów. Nad
obszarami okołobiegunowymi powietrze opada - tworzą się wyże polarne. Przy
powierzchni Ziemi powietrze przemieszcza się na zewnątrz układów wysokiego
ciśnienia. Dlatego wiatry wiejące przy powierzchni ziemi w tej komórce cyrkulacyjnej to
głównie wiatry wschodnie (okołobiegunowa strefa wiatrów wschodnich).
Siła Coriolisa wywołuje odchylenie kierunku ruch powietrza w prawo (na półkuli

północnej), dlatego krążenie powietrza w trzech omówionych wyżej komórkach
cyrkulacyjnych także podlega odchyleniu [15]. Jest to powodem występowania trzech
głównych stref wiatru dolnego na każdej z półkul:

–

strefa występowania wschodnich pasatów w obszarze międzyzwrotnikowym,

–

strefa przeważających wiatrów zachodnich w umiarkowanych szerokościach
geograficznych,

–

strefa występowania wiatrów wschodnich w obszarach polarnych.

Równikowy pas ciszy

Równikowy pas ciszy to obszar położony w sąsiedztwie równika, gdzie spotykają się

pasaty z obu półkul. Jest to tzw. międzyzwrotnikowa strefa zbieżności (MSZ). Obszar ten
charakteryzuje się gorącą, wilgotną pogodą i słabymi wiatrami. W strefie tej rosną główne
tropikalne lasy deszczowe. Położenie MSZ zmienia się w ciągu roku. W styczniu występuje
ona nieco na północ od równika, natomiast w lipcu nieco na południe od równika.
Końskie szerokości

Końskie szerokości to obszar występujący pomiędzy rejonem oddziaływania pasatów

i rejonem o przeważających wiatrach zachodnich. W tym obszarze wiatry są zwykle słabe lub
występuje cisza. Jego nazwa pochodzi z okresu częstego transportowania koni żaglowcami
z Europy do Indii Zachodnich i do Ameryki. Brak wiatru powodował wydłużenie podróży
i wiele koni musiano wyrzucić za burtę, gdyż brakowało dla nich pożywienia i wody [55].
Strefy ciśnienia

Trójkomórkowy model cyrkulacji atmosfery wiąże się z następującymi strefami

ciśnienia:

–

międzyzwrotnikowa

(równikowa)

strefa

obniżonego

cienienia

wiąże

się

z występowaniem wstępujących ruchów powietrza w obszarze MSZ. Wznoszenie się
ciepłego powietrza w obszarze okołorównikowym wywołuje tworzenie się w atmosferze
obszaru niskiego ciśnienia. Powietrze wznosząc się, jednocześnie ochładza się i tworzą
się chmury dające opady deszczu.

–

podzwrotnikowa strefa podwyższonego cienienia – jest związana z występowaniem
zstępujących ruchów powietrza w obszarze tzw. końskich szerokości. W okolicach
zwrotników powietrze ochładza się i opada, co wywołuje formowanie się w atmosferze
układów wysokiego cienienia. Występuje tu bezchmurna pogoda i niewielkie opady.
Opadające powietrze jest ciepłe i suche, co ułatwia tworzenie się w tych regionach
pustyń.

–

strefa obniżonego ciśnienia szerokości umiarkowanych – niskie cienienie wiąże się
z występowaniem frontu polarnego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

strefa podwyższonego cienienia położona w okolicach okołobiegunowych - wysokie
cienienie związane jest występowaniem zimnego, gęstego powietrza w obszarach
polarnych.
Cyrkulacja atmosferyczna cechuje się sezonowością w przebiegu rocznym. Do opisu

cyrkulacji atmosferycznej w różnych skalach wykorzystuje się m.in. typologie cyrkulacji. Od
kilkunastu lat stosowany jest też jako wskaźnik wektor wiatru geostroficznego. Przy wyborze
i dalszym wykorzystaniu istniejących już typologii ważne jest określenie analizowanej skali.

Przeprowadzając przegląd metod typologii cyrkulacji atmosferycznej, [14] autor dokonał

podziału na typologie w makroskalii – typologie w skalach lokalnej i regionalnej. Wśród
typologii w skalach lokalnej i regionalnej autor ten określił podział na subiektywne
i obiektywne systemy klasyfikacji [25]. Do ostatniej grupy zaliczył klasyfikację typów
cyrkulacji dla Polski, zaproponowany przez Lityńskiego (1969) [23]. Przedstawił on system
klasyfikacyjny uwzględniający trzy parametry: wskaźnik cyrkulacji strefowej, wskaźnik
cyrkulacji południkowej i wartość ciśnienia atmosferycznego w Warszawie. Wskaźniki
cyrkulacji atmosferycznej obejmują obszar 40÷60 stopni szerokości geograficznej północnej
i 0÷35 stopni długości geograficznej wschodniej. Każdy z tych trzech parametrów podzielił
na równoprawdopodobne trzy klasy, z czego wynika, że klasyfikacja Lityńskiego liczy 27
typów cyrkulacji. Kalendarz cyrkulacji nad Polską według tej typologii został opublikowany
dla okresu 1951÷1999 [29–32].

Przed określeniem wskaźników częstości zdefiniowano: typ podobny do danego, typ

różny i typ zdecydowanie różny. Oddzielnego zdefiniowania wymagają te określenia, gdy
odnoszą się do typów reprezentujących wyraźny, określony kierunek adwekcji (24 z 27
istniejących typów), oddzielnego, gdy do typów charakteryzujących brak wyraźnej adwekcji
(grupa typów cyrkulacji zerowej obejmująca pozostałe 3 typy). Definicje dla typów
reprezentujących wyraźny kierunek adwekcji.

Typ podobny do danego to taki, który:

–

reprezentuje ciśnienie atmosferyczne należące do tej samej klasy i sąsiedni kierunek
adwekcji,

–

ciśnienie atmosferyczne należące do tej samej klasy i brak wyraźnej adwekcji (będzie to
typ z grupy typów cyrkulacji zerowej),

–

ciśnienie atmosferyczne należące do sąsiednich klas i taki sam kierunek adwekcji.
Typ różny to taki, który reprezentuje:

–

ciśnienie atmosferyczne należące do tej samej klasy i kierunek adwekcji różniący się
o kąt 90°,

–

ciśnienie atmosferyczne należące do sąsiedniej klasy i sąsiedni kierunek adwekcji;

–

ciśnienie atmosferyczne należące do sąsiedniej klasy i brak wyraźnej adwekcji (będzie to
typ z grupy typów cyrkulacji zerowej),

–

ciśnienie atmosferyczne należące do przeciwnej klasy i ten sam kierunek adwekcji.
Zagadnienie typów cyrkulacji jest jednak bardzo istotne we współczesnej klimatologii,

zarówno samych zasad typologii, jak i częstości pojawiania się poszczególnych typów.
Aczkolwiek nie ma ścisłego związku typu pogody z typem cyrkulacji (to znaczy, że przy
danym typie cyrkulacji pogoda może być różna), to jednak wpływ cyrkulacji na pogodę jest
znaczny i określony jej charakter warunkuje z dużym prawdopodobieństwem m.in. warunki
termiczne i opadowe [26, 37, 38].

Prowadzone na stacjach synoptycznych pomiary ciśnienia atmosferycznego służą na

bieżąco do kreślenia map synoptycznych, a dane archiwalne do opracowania typów
cyrkulacji, a także różnego rodzaju wskaźników W ogólnej cyrkulacji powietrza
zróżnicowanie ciśnienia w kierunku poziomym jest nieporównywalnie mniejsze od zmian
zachodzących z wysokością. Spadek ciśnienia w warunkach standardowych wynosi 1 hPa co

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8 m, tzn. 12,5 hPa na 100 m, tymczasem poziomy gradient ciśnienia najczęściej osiąga kilka
hektopaskali na 100 km (kilkanaście w cyklonach zwrotnikowych). Z porównania tego
wynika, że zmiany ciśnienia w poziomie są kilka tysięcy razy mniejsze od zmian
zachodzących z wysokością. Okazują się one jednak wystarczające, aby stać się przyczyną
cyrkulacji atmosferycznej[33].

4.4.1.

Pytania sprawdzające

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

Jaki jest mechanizm cyrkulacji atmosfery?

Jaki jest skład modelu komórki cyrkulacyjnej?

Jakie znasz fronty atmosferyczne?

Jakie znasz strefy ciśnienia?

Jakie znasz typy adwekcji?

Jak definiujemy adwekcję?

Jak zdefiniujesz cyrkulację zerową?

Jak określić rozkłady częstości między typami adwekcji?

W jakim rejonie świata występuje pas ciszy i czym się charakteryzuje?

10.

W jakim rejonie świata występują końskie szerokości?

4.4.2.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na rysunku przedstawiono krążenie mas powietrza w troposferze. Rozpoznaj układy

baryczne i wiatry. Określ ich nazwy i zapisz we wskazanym miejscu [18].

1…………………………………
2…………………………………
3…………………………………
4………………………………....
5…………………………………
6…………………………………
7…………………………………
8…………………………………
9…………………………………
10………………………………..
11………………………………..

Rysunek do ćwiczenia 1 [18, s. 20]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić pojęcia: cyrkulacja powietrza, fronty atmosferyczne, wiatr,

rozpoznać układy baryczne i wiatry na schemacie,

przeanalizować cechy rozpoznanych wiatrów,

zinterpretować otrzymane wyniki,

zanotować wnioski w zeszycie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [21, 27],

−

arkusze z treścią zadań.

Ćwiczenie 2

Na podstawie opisu rozpoznaj rodzaj wiatru:

powstaje nad morzem w niskich szerokościach geograficznych w wyniku gwałtownego
obniżenia ciśnienia,

okresowo zmienny, wiejący latem z morza na ląd, zimą z lądu w kierunku morza,

spada z wierzchołków pasm górskich z dużą prędkością, jest porywisty, ciepły i suchy,

chłodny i gwałtowny występujący na wybrzeżu dalmatyńskim.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyjaśnić pojęcia: cyrkulacja powietrza, fronty atmosferyczne, wiatr,

przeanalizować cechy wiatru,

rozpoznać rodzaj wiatru,

zanotować wyniki w zeszycie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

tekst do analizy,

−

literatura [21, 27].

4.4.3.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić mechanizm cyrkulacji atmosfery?

przedstawić skład modelu komórki cyrkulacyjnej?

sklasyfikować fronty atmosferyczne?

wyjaśnić procesy zachodzące na froncie ciepłym i chłodnym?

wymienić strefy ciśnienia?

wymienić typy adwekcji?

zdefiniować wybrany typy adwekcji?

określić wskaźnik częstości?

określić rozkłady częstości między typami adwekcji?

10)

określić równikowy pas ciszy?

11)

określić końskie szerokości?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.

Rodzaje i elementy map klimatycznych i ich zastosowanie
w rolnictwie

4.5.1. Materiał nauczania

Mapa jest obrazem powierzchni Ziemi wykonanym na płaszczyźnie w zmniejszeniu,

czyli skali, z zastosowaniem odwzorowania kartograficznego, symboli kartograficznych
i generalizacji. Cechą mapy jest wymierność, czyli możliwość odczytywania z mapy
rzeczywistych wymiarów przedmiotów oraz ich położenia na Ziemi. Uzyskuje się ją dzięki
zastosowaniu reguł matematycznych przy konstrukcji mapy. Reguły te zawarte są w skali
i odwzorowaniu

kartograficznym.

Skala

i siatka

kartograficzna,

będąca

efektem

odwzorowania kartograficznego siatki geograficznej, stanowią matematyczną podstawę
(osnowę) mapy. Kolejną cechą mapy jest czytelność jej treści. Decydują o niej generalizacja,
czyli wybór i uogólnienie przedstawianych przedmiotów i zjawisk geograficznych oraz
zastosowanie znaków umownych. Dzięki znakom kartograficznym można przedstawić
przedmioty i zjawiska nawet takie, które nie mają wizualnego obrazu (np. klimat) lub są zbyt
małe w zastosowanym zmniejszeniu.

Zmniejszeniu i odwzorowaniu kartograficznemu nie podlega rzeczywista powierzchnia

Ziemi z ukształtowaniem pionowym, lecz jej obraz rzutowany na powierzchnię odniesienia
(rys. 14). Powierzchnią odniesienia w przypadku map o dużej skali jest powierzchnia
elipsoidy ziemskiej, a dla map małoskalowych - kuli ziemskiej. O stopniu zmniejszenia tego
obrazu powierzchni Ziemi informuje skala mapy. Jest to liczba wyrażająca stosunek długości
określonego odcinka na mapie do jego długości przedstawionej na powierzchni odniesienia.

Rys. 14. Rzutowanie pionowego ukształtowania powierzchni Ziemi

na powierzchnię odniesienia [27. s. 47]

Na podstawie skali mapy możemy odczytać odległości pomiędzy punktami, ale nie

rzeczywiste odległości tylko odległości między rzutami tych punktów. Wielkość zmniejszenia
powierzchni oblicza się, podnosząc do kwadratu liczbę określającą wielkość zmniejszenia
odległości. Na mapie skala może być zapisana w postaci:

–

skali liczbowej, np. 1:100000,

–

skali mianowanej 1 cm – l km,

–

podziałki liniowej, czyli odcinka podzielonego na części odpowiadające określonym
odległościom rzeczywistym.
Ze względu na skalę, rozróżniamy mapy: wielkoskalowe – o skali większej niż 1:200000

i małoskalowe - o skali mniejszej niż 1:1000000. Mapy o skalach pośrednich zaliczane są do
ś

rednioskalowych.

Informacje o przedmiotach (zjawiskach) geograficznych i ich cechach są treścią mapy.

Poszczególne elementy treści mapy ukazane są za pomocą znaków umownych (symboli
kartograficznych). Stosowane na mapie oznaczenia wraz z odpowiednimi objaśnieniami
zawiera legenda mapy. Czytanie mapy i pracę z nią ułatwiają również wykresy pomocnicze,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dane liczbowe, wykresy, przekroje, tablice itp. Uzupełniają one, wyjaśniają i wzbogacają
treść mapy.

Rys. 15. Generalizacja treści mapy na przykładzie map tego samego

obszaru w różnych skalach [27, 53]

Jedną z cech map jest to, że ich treść zawiera tylko wybrane informacje, zgodne

z tematem i przeznaczeniem mapy. Jednocześnie obraz jest uogólniony, to znaczy pominięto
w nim szczegóły nieistotne lub niemieszczące się w skali mapy. Dokonany wybór
i uogólnienie przedstawionych na mapie obiektów i zjawisk nazywa się generalizacja mapy.
Dzięki generalizacji zwiększa się czytelność mapy. Uwzględnia ona bowiem ilość informacji,
która może być przedstawiona na jednostce powierzchni mapy w określonej skali,
i możliwość jej odczytania przez użytkownika. Im mniejsza skala mapy, tym mniej
szczegółów może być przedstawionych na mapie w sposób czytelny (rys. 15). Wybór
prezentowanych informacji wynika z przeznaczenia mapy i jej tematu. Mapy szczegółowe są
wykonane w dużych skalach, które umożliwiają przekazanie dużej ilości informacji,
natomiast mapy przeglądowe wykonuje się w skalach poniżej 1:1 mln, pozwalających objąć
arkuszem mapy większy obszar. Przede wszystkim jednak wybór treści mapy zależy od jej
tematu. Inne treści będą przedstawione na mapie ogólnogeograficznej, a inne na mapie
tematycznej, np. klimatycznej czy gospodarczej.

Mapy klimatyczne

Mapa klimatyczna przedstawia przestrzenny rozkład jednego lub kilku elementów

meteorologicznych na określonym obszarze. Każda mapa umożliwia zorientowanie się, jakie
warunki klimatyczne lub pogodowe występują na danym obszarze [53, 54].

Na mapach klimatycznych przestrzenny rozkład poszczególnych elementów i zjawisk

meteorologicznych na określonym obszarze przedstawia się metodą graficzną, polegającą na
wykreślaniu na mapie izarytm (izolinii), to znaczy linii łączących punkty o tej samej wartości
elementu lub częstości wystąpienia danego zjawiska. Wyróżnia się następujące izarytmy:

−

izoterma – linia o jednakowej wartości temperatury,

−

izoamplituda – linia o jednakowej wartości amplitudy temperatury,

−

izobara – linia o jednakowej wartości ciśnienia,

−

izohieta – linia o jednakowej wartości opadu,

−

izotacha – linia o jednakowej wartości prędkości wiatru,

−

izonefa – linia o jednakowej wartości zachmurzenia,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

izohumida – linia o jednakowej wartości wilgotności względnej,

−

izoatma – linia o jednakowej wartości parowania,

−

izofena (izofana) – linia na o jednoczesnym wystąpieniu określonej fazy fenologicznej
np. daty zakwitnięcia jakiejś rośliny.

Interpolacja graficzna

Izarytmy kreśli się przy pomocy interpolacji graficznej, to jest w oparciu o założenie

liniowego wzrostu wartości rozpatrywanego elementu w określonym kierunku. Praktycznie
sprowadza się to do połączenia liniami prostymi najbliższych miejscowości w kierunku
spadku lub wzrostu danego elementu. Następnie dzieli się odcinki pomiędzy punktami na tyle
równych części, ile wynosi różnica pomiędzy wartościami elementu w tych miejscowościach
i znajduje się na odcinkach punkty, przez które będzie przebiegać izarytma oraz kreśli się
przez nie linie ciągłe (rys. 16).

Podczas wyznaczania izarytm należy pamiętać, że:

muszą one być tak prowadzone, aby wartości elementu z jednej strony izarytmy były
mniejsze, a z drugiej strony większe od wartości reprezentowanej przez wykreśloną linię;

izarytmy nie mogą się przecinać i w zasadzie nie mogą się załamywać pod kątem
(wyjątek stanowią izobary załamujące się w miejscach przejścia linii frontu).

izarytmy muszą wykazywać dużą bezwładność, tzn. przebieg izarytmy determinuje
w dużej mierze przebieg izarytm sąsiednich.

przy ustalaniu przebiegu każdej izarytmy należy zwracać uwagę na charakter podłoża
(hipsometrię, rodzaj powierzchni itp.).

Rys. 16. Sposób wykreślania izoterm na podstawie interpolacji graficzne [69]

Na mapę, przy poszczególnych stacjach meteorologicznych (oznaczonych kółeczkami)

wpisujemy wartość temperatury powietrza, np. średnią miesięczną temperaturę maja.
Następnie ustalamy wartości, dla których kreślone będą izotermy. Na rys. 16 izotermy
przedstawione są w odstępach co 1°

C. Wykreślenie ich najlepiej jest zaczynać od izotermy

najniższej (lub najwyższej), W naszym przykładzie izotermą o najniższej wartości jest
izoterma 11,0°

C. W celu dokładnego wyznaczenia punktów na mapie o wartości temperatury

11,0° C, dzielimy odcinek między dwiema sąsiednimi stacjami na tyle równych części, ile
wynosi różnica w dziesiątych częściach stopnia między wartościami temperatury w tych
stacjach. W ten sposób znajdujemy punkt, w którym temperatura wynosi 11,0°

C. Podobnie

postępujemy przy następnych odcinkach, łączących najbliższe (tylko najbliższe) stacje.
Znalezione punkty o wartości 11,0°

łączymy linią ciągłą i otrzymujemy szukaną izotermę.

Następne izotermy o wartościach 12,0°

i 13,0°

wykreślany podobnie. Przebieg izoterm łatwo

zrozumieć, jeżeli na całej mapie widać wzrost temperatury w określonym kierunku.
Wówczas, im dalej w określonym kierunku, tym izotermy będą wyższe. Często jednak mamy
do czynienia z obszarami zamkniętymi, które w porównaniu z otoczeniem są cieplejsze (np.
doliny czy kotliny) lub chłodniejsze (np. góry lub wyodrębnione wyżyny). Wówczas izotermy
trzeba tak prowadzić, aby otaczały one z kilku lub ze wszystkich stron taki wyodrębniony
obszar. W ten sposób powstają na mapie tzw. „zatoki” lub „wyspy”, otoczone jedną lub
więcej izotermami. Jeżeli w środku „wyspy” jest obszar cieplejszy, to im bliżej środka, tym

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z wyższymi izotermami mamy do czynienia, a jeżeli zimniejszy (np. góry) – to na odwrót,
innymi słowy, środek „wyspy” ciepłej musi pozostawać po cieplejszej stronie najwyższej
otaczającej go izotermy, a środek „wyspy" zimnej - po chłodniejszej stronie najniższej
otaczającej go izotermy (rys. 17A i B) [69]

Rys. 17. Prawidłowy (A) i nieprawidłowy (B) przebieg izoterm [69]

Przy wykreślaniu izoterm wzdłuż doliny ciągnącej się pomiędzy chłodniejszymi

wzniesieniami (np. dolina Wisły i Sanu) popełnia się często błąd polegający na tym, że
wzdłuż doliny, zamiast dwu jednakowych izoterm, które powinny oddzielać cieplejszy obszar
w środku (a więc obszar położony po cieplejszej stronie obu tych izoterm) od chłodniejszych
obszarów na zewnętrz, prowadzi się tylko jedną izotermę, jak widać to na rysunku 39B (to
oznaczałoby, że po obu stronach izotermy 12° powinno być chłodniej, co jest sprzeczne
z założeniami wykreślania izoterm). Również przy wykreślaniu izoterm trzeba zwracać
uwagę na wpływ podłoża, które może spowodować charakterystyczne wygięcia izoterm. Tak
na przykład, jeżeli chcemy przeprowadzić izotermę w rejonie gdzie występuje większe
jezioro, to w miesiącach wiosennych i letnich, na skutek ochładzającego wpływu jego wód,
temperatury w rejonie jeziora będą niższe niż w sąsiednich okolicach i dlatego izotermy
trzeba tak wygięć, by jezioro pozostało po ich stronie chłodniejszej (rys. 18A). Natomiast
jesienią jest cieplej nad jeziorem i dlatego izotermy dla miesięcy jesiennych trzeba wygięć
w kierunku odwrotnym, tzn. tak, by jezioro pozostało po ich stronie cieplejszej (rys. 18B).

Rys. 18. Prawidłowy przebieg izoterm w rejonie większego jeziora: A – wiosną i latem, B – jesienią [69]

Podobnie deformujący wpływ na przebieg izoterm wywierają prądy morskie. Prądy

ciepłe powodują wygięcie izoterm w kierunku obszarów chłodniejszych (np. wyraźne
wygięcie izoterm w kierunku północno-wschodnim wzdłuż Golfsztromu), natomiast prądy
chłodne – w kierunku obszarów cieplejszych (np. wygięcie izoterm w kierunku południowo-
zachodnim wzdłuż zimnego Prądu Labradorskiego). Przykłady te uwidaczniają nam, jak
bardzo trzeba uwzględniać wpływy rzeźby i pokrycia terenu oraz charakteru podłoża na
temperaturę przy wykreślaniu izoterm. Dotyczy to jednak tylko tzw. izoterm na poziomie
rzeczywistym, tzn. takich, które zostały wykreślone na podstawie rzeczywistych (nie
zredukowanych)

rednich

temperatur

obliczonych

dla

poszczególnych

stacji

meteorologicznych. Mapy tak wykonane pozwalają prześledzić rzeczywisty przebieg

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

temperatury powietrza np. w danym kraju czy regionie. Pokazują szczególnie wpływ orografii
na rozkład temperatury powietrza.

W celu wyeliminowania wpływu wysokości na wartość temperatury powietrza tworzone

są także mapy zawierające izotermy zredukowane do poziomu morza. Redukcji dokonujemy
w ten sposób, że średnie rzeczywiste temperatury każdej stacji podwyższamy do takiej
temperatury, jaką miałaby dana stacja, gdybyśmy je obniżyli do poziomu morza. Średni
pionowy gradient temperatury powietrza wynosi ok. 0,6°C na każde 100 m różnicy
wysokości.

Wykreślanie izoterm na poziomie morza jest łatwiejsze niż izoterm rzeczywistych, gdyż

nie musimy uwzględniać wpływu ukształtowania terenu i podłoża. Dzięki wyeliminowaniu
tych wpływów, mapy takie pokazują obraz rozkładu temperatur zależnie od szerokości
geograficznej, rozkładu prądów morskich, oraz na kontynentach od odległości od oceanów
i mórz, a zarazem umożliwiają odkrycie obszarów anormalnie ciepłych i anormalnie zimnych.
Mają, więc one duże znaczenie teoretyczne. Są one ważne ze względów praktycznych, gdyż
umożliwiają na podstawie interpolacji na określenie średniej temperatury dla każdego punktu,
którą następnie bardzo łatwo przeliczyć na średnią temperaturę rzeczywistą, jeżeli tylko
znamy wysokość danego punktu nad poziomem morza [51].

Analiza i interpretacja map klimatycznych

Pierwszym zadaniem ucznia jest zapoznanie się z treścią danej mapy i ze wszystkimi

objaśnieniami, zawartymi w legendzie mapy. Następnie dopiero należy przystąpić do
odczytania dla wybranej miejscowości na mapie żądanej wartości klimatycznej, np. średniej
temperatury. Aby taką wartość prawidłowo ocenić, trzeba najpierw zorientować się, między
jakimi izotermami dana miejscowość jest położona i w jakich odległościach od nich, co
można oszacować na podstawie interpolacji na oko. Jeżeli dana miejscowość znajduje się
w obrębie „zatoki” lub „wyspy” (ob. wyżej), to trzeba najpierw prześledzić przebieg izoterm
sąsiednich i stwierdzić, czy w miarę zbliżania się do „wyspy” następują kolejno coraz to
wyższe izotermy (wtedy w obrębie „wyspy” mamy obszar cieplejszy od okalającej ją
izotermy), czy też coraz to niższe (wtedy w obrębie „wyspy” jest chłodniej). Jeżeli natomiast
dana miejscowość położona jest pomiędzy izotermą a krawędzią mapy, to po zorientowaniu
się czy znajduje się ona po cieplejszej, czy też po chłodniejszej stronie najbliższej izotermy,
trzeba z kolei oszacować możliwie najbardziej zbliżoną wartość temperatury dla tej
miejscowości przyjmując, że druga z kolei izoterma (wyższa lub niższa) znajduje się poza
obrębem mapy. Przy tym założeniu można również dokonać – ekstrapolacji na oko, oceniając,
czy dana miejscowość leży bliżej ostatniej izotermy na mapie (np. 20,0

C), czy też bliżej

krawędzi mapy, poza które winna przebiegać izoterma następna (np. 21,0°C) [69].

Agrometeorologiczna osłona rolnictwa

Klimat stanowi jedną z charakterystycznych cech fizyczno-geograficznych terenu,

wpływając na działalność gospodarczą człowieka, rozmieszczenie przemysłu, komunikacji
i inne. W klimatologii zestawia się wyniki obserwacji meteorologicznych za okres wieloletni,
przeprowadza ich analizę przy zastosowaniu na szeroką skalę metod statystycznych,
graficznych i kartograficznych. Mapy klimatyczne informują o kształtowaniu się istotnych dla
rolnictwa zjawisk klimatycznych, mających znaczenie strategiczne (długookresowe)
w odróżnieniu od danych pogodowych, które można wykorzystać do działań operacyjnych
(bieżących). Agroklimat pozwala generować różnorodne mapy agroklimatyczne (temperatura,
sumy opadów, usłonecznienie) na podstawie bazy danych numerycznego modelu terenu oraz
algorytmów, według których dane te są przetwarzane. Agroklimat umożliwia określenie
działania wybranych czynników klimatycznych, które z danymi glebowymi, ekonomicznymi
mogą być użyte do planowania produkcji rolnej [76].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Agrometeorologia

nauka

badająca

wpływ

warunków

meteorologicznych,

klimatycznych i częściowo hydrologicznych na procesy produkcji rolniczej, ogrodniczej
i leśnej, zwłaszcza na rozwój roślin uprawnych [16].

System składający się z sieci obserwacyjnej, centrów gromadzenia i przetwarzania

danych, środków łączności z odbiorcami informacji (rolnikami) to agrometeorologiczna
osłona rolnictwa. Niezależnie od rozwiązań techniczno-organizacyjnych, wszystkie jego
elementy muszą istnieć oraz działać w sposób niezawodny. Zadania pomiarowe spełniają
automatyczne,

zdalnie

sterowane

stacje

agrometeorologiczne.

Naziemne

stacje

meteorologiczne wykonują przy użyciu instrumentów standardowych i ponad standardowych
określony zestaw pomiarów. Istotne znaczenie ma terminarz dokonywanych pomiarów
i obserwacji. W przypadku stacji pracujących na potrzeby prognoz pogody dokonuje się
8 oznaczeń parametrów atmosfery, co 3godz., począwszy od godziny 00 GMT (średni czas
Greenwich). W polskich warunkach, gdzie obowiązuje czas środkowoeuropejski, pierwszy
pomiar przypada na godzinę 01 a dalsze wykonywane są w odstępach trzygodzinnych.
W ostatnich latach dokonały się zmiany w zakresie podstawowych pomiarów
meteorologicznych, poprzez sprowadzanie pomiarów do pełnej automatyzacji i ciągłości.
Precyzyjne dane gromadzone są na nośnikach komputerowych pamięci masowych i od razu
przetwarzane. Fakt ten ma znaczenie nie tylko dla synoptyki i klimatologii, lecz także dla
monitoringu warunków produkcji rolnej. W rolnictwie pomiary meteorologiczne atmosfery
łączone są z pomiarami warunków glebowych. Typową stacja agrometeorologiczną
przedstawia rys. 19.

Rys. 19. Schemat automatycznej stacji agrometeorologicznej [83]

W jej budowie występuje dowolna liczba niezależnych sensorów współpracujących

z odpowiednim blokiem sterującym, zawierającym pamięć elektroniczną. Blok sterujący
uruchamia pomiar określonego parametru i zapisuje wynik w pamięci urządzenia Istnieje
możliwość zaprogramowania odpowiedniego przedziału czasowego pobierania próbek oraz
formy agregacji wyników (średnia, suma, ekstremum, itp.) Dane z bloku odczytuje się na
komputerze jako system informacyjny dla nowoczesnego rolnictwa. Przykładem innego
automatycznego systemu pomiarowego jest zestaw o nazwie WEATHER MONITOR II
(rys. 45). Służy on do automatycznego pomiaru takich parametrów jak temperatura
(zewnętrzna, wewnętrzna, temperatura punktu rosy i tzw. odczuwalna), wilgotność względna,
suma opadów, ciśnienie atmosferyczne, prędkość i kierunek wiatrów. W aparaturze każdy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

parametr śledzony jest z uwzględnieniem wartości ekstremalnych. Oprócz stacji naziemnych
istotnym elementem współczesnej meteorologii są badania teledetekcyjne przy pomocy
radarów, sonarów i radiometrów. Zadania, które spełnia sieć radarów, to informowanie
o powstawaniu groźnych zjawisk pogodowych (tornada, tajfuny, huragany) oraz o strefach
zachmurzenia i wynikających z tego możliwościach opadów.

Rys. 20. Monitor i schemat instalacji zestawu WeatherMonitor II firmy Davis [83]

Ważną funkcję w meteorologii spełniają również sztuczne satelity Ziemi, wyposażone

w przyrządy telemetryczne, monitorujące każdy punkt o tej samej porze dnia i nocy oraz ten
sam obszar. Na rys. 21 przedstawiono schemat aktualnie pracujących satelitów
meteorologicznych.

Rys. 21. Rozmieszczenie satelitów pogodowych na orbitach okołoziemskich [83]

Za pomocą wiadomości dostarczanej z przekazu satelitarnego określamy wpływ

warunków świetlnych, termiki oraz składu atmosfery na procesy życiowe.

W ostatnich latach najbardziej dynamicznie rozwija się kierunek badań dotyczących

matematycznego modelowania relacji pogoda – roślina, pozwalający na tworzenie narzędzi
prognostycznych, wykorzystywanych w praktyce rolniczej. Model pogoda – roślina,
umożliwia podejmowanie decyzji zarówno technologicznych, rynkowych jak i strategicznych,
dotyczących kreowania polityki rolnej. Niezbędnym warunkiem rozwoju i wdrażania tej
koncepcji jest rozwój badań oraz stworzenie infrastruktury obejmującej niezbędne

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wyposażenie dla sieci stacji monitorujących przebieg warunków meteorologicznych
w odpowiedniej skali [83].

Stacja taka działa w sposób ciągły i może być zaprogramowana do rejestracji każdego

parametru meteorologicznego, z dowolną częstotliwością. Dzięki automatyce w sieci można
zainstalować niezbędną ilość stacji, taką aby zapewniła maksimum reprezentatywności
pomiarów dla określonych obszarów. Dobrą praktyką jest zintegrowanie specjalistycznych
urządzeń agrometeorologicznych z ogólną siecią meteorologiczną. Rezultaty pomiarów
trafiają do centrów gromadzenia i przetwarzania drogą radiową lub poprzez sieć telefoniczną.
Dane, które zbiera centrum przetwarzania podlegają weryfikacji, zapisaniu w bazie danych
i następnie obróbce cyfrowej na użytek zaleceń agrometeorologicznych. System
przetwarzania generuje wyniki, w zakresie 3 kategorii:

–

ostrzeżenia o pogodowych zjawiskach szkodliwych, mogących spowodować poważne
straty w produkcji. Będą to ostrzeżenia o przymrozkach, nadchodzących ulewnych
opadach, gradobiciach itp.. Odrębną kategorię stanowią dane, które mogą być
wykorzystywane przy podejmowaniu decyzji organizacyjnych i technologicznych.
Typowym przykładem z tego zakresu jest informacja o spodziewanej prędkości
i kierunku wiatru, niezwykle istotna w przypadku aplikacji środków ochrony roślin,
pozwalająca uniknąć skażeń środowiska czy zniszczenia sąsiednich plantacji,

–

informacje o zapasach wody pozimowej w glebie, zasobach ciepła w okresie wegetacji
oraz zasobach wody użytecznej pod plantacjami roślin,

–

wyniki obliczeń uzyskanych z wykorzystaniem modeli matematycznych.
Dzięki danym pozyskanym dla ich obsługi, możliwe jest prognozowanie rozwoju

i warunków meteorologicznych roślin, w różnych okresach czasowych. Najczęściej prognozy
określają terminy wznowienia wegetacji roślin po okresie zimowym, daty pojawienia się
ważniejszych faz i czasu ich trwania. Znajomość tempa rozwoju roślin stwarza możliwość
zaplanowania prac w gospodarstwie, zakupu środków produkcji, precyzyjnego sformułowania
umów na zlecane usługi, określenia terminów i wielkości dostaw produktów rolnych do
punktów skupu. Modelowaniu podlegają także zjawiska związane z inwazyjnością chorób
i szkodników, która to w dużym stopniu zależy od przebiegu warunków pogodowych.
Właściwością modeli prognostycznych jest to, że ich sprawdzalność wzrasta w miarę
zaawansowania technologii. Dzięki nim uzyskujemy coraz wyższą trafność przewidywań,
a błąd prognozy spada poniżej 10 %. Korzyści z istnienia systemu mogą odnosić także
instytucje administracyjne, usługowe, handlowe i techniczne pracujące na rzecz rolnictwa,
bądź z nim związane. Ostatnie ogniwo systemu to przekaz informacji dla odbiorców. W tym
względzie możliwych jest wiele rozwiązań, z tym, że największe perspektywy istnieją przed
systemem elektronicznym na bazie Internetu. Internet nie tylko zapewnia najprostszy sposób
przesyłu, ale jednocześnie daje szansę dostępu do ściśle wyspecyfikowanych danych oraz ich
interaktywne wykorzystanie. Należy podkreślić, że efektywne wykorzystanie informacji
z systemu elektronicznego nie zależy tylko od jego naukowej, technicznej i organizacyjnej
sprawności. Niezwykle ważnym jest też odpowiednie przygotowanie odbiorców. Wprawdzie
część danych i zaleceń można wykorzystać bezpośrednio, część z nich jednak wymaga
uwzględnienia dalszych warunków kształtujących procesy produkcyjne.

4.5.2. Pytania sprawdzające

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

Zdefiniuj pojęcie mapy.

Jakie znasz składniki mapy?

Jakie cechy posiada mapa?

Jakie znasz rodzaje map klimatycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W jaki sposób wykreślamy izolinie, np. izotermy?

Czym zajmuje się agrometeorologia?

Jaki obraz przedstawiają mapy agroklimatyczne?

Do jakich celów wykorzystujemy mapy agroklimatyczne?

O czym informuje nas model agroklimatu?

10.

Jaka jest zależność doboru upraw od warunków klimatycznych?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na mapie Atlantyku wykreśl przebieg izoterm rzeczywistych dla określonego miesiąca

(w obrębie Atlantyku i jego obrzeży), na podstawie średnich temperatur. Na podstawie
wykreślonych izoterm, oblicz drogą interpolacji, jakie są średnie temperatury w trzech
punktach na mapie A, B, C, dla których należy również wyznaczyć ich współrzędne
geograficzne.

Rysunek do ćwiczenia 1 [81]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić pojęcia: izoterma, średnia temperatura powietrza, rzeczywista temperatura,
współrzędne geograficzne,

narysować na mapie Atlantyku przebieg izoterm,

odwzorować na papierze milimetrowym ich przebieg oraz położenie punktów A, B, C,

stosując metodę interpolacji obliczyć średnie temperatury dla wybranych punktów,

określić położenie geograficzne punktów A, B, C,

zaprezentować wyniki pracy,

zapisać wnioski w zeszycie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [1, 18],

−

filmy dydaktyczne dotyczące prowadzenia obserwacji,

−

papier milimetrowy format A4,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

przybory do rysowania.

Ćwiczenie 2

Na otrzymanej planszy przeprowadź interpolację i narysuj izolinie o wartościach 4,0, 5,0,

6,0, 7,0, 8,0.

Rysunek do ćwiczenia 2.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić pojęcie interpolacji,

obliczyć odległości miedzy między wyznaczonymi punktami,

podzielić na odcinki jednostkowe,

zinterpolować izolinie o określonych wartościach,

zinterpretować otrzymane wyniki,

zapisać wnioski w zeszycie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura dotycząca procesu interpolacji,

–

przyrządy kreślarskie.

Ćwiczenie 3

Wskaż nazwy regionów Polski, które charakteryzują się cechami klimatu

utrudniającymi lub ułatwiającymi uprawę roślin pod względem:
a)

długości okresu wegetacji,

rocznej sumy opadów,

nasłonecznienia,

optymalnych temperatur,

prędkości wiatrów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić elementy klimatu sprzyjające rozwojowi rolnictwa,

określić elementy klimatu utrudniające rozwój rolnictwa,

dokonać analizy mapy klimatycznej Polski,

wskazać na mapie Polski regiony o zróżnicowanych warunkach klimatycznych dla
rozwoju rolnictwa,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

scharakteryzować agrometeorologiczną osłonę rolnictwa,

zapisać wnioski do zeszytu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z ćwiczeniem [16, 83],

−

mapa gospodarcza, przyrodnicza, klimatyczna Polski.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować pojęcie mapy?

scharakteryzować składniki mapy?

wymienić cechy mapy?

scharakteryzować rodzaje map klimatycznych?

wymienić elementy mapy klimatycznej?

zdefiniować pojęcie izolinii?

wymienić rodzaje izolinii?

scharakteryzować zasadę interpolacji izolinii?

wyjaśnić pojęcie agrometeorologii?

10)

wyjaśnić jaki obraz przedstawiają mapy agroklimatyczne?

11)

określić zastosowanie mapy agroklimatycznej?

12)

wyjaśnić na czym polega agrometeorologiczna osłona rolnictwa?

13)

scharakteryzować wpływ warunków klimatycznych na rodzaje
upraw?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uważnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

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

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.

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

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

Na rozwiązanie testu masz 35 min.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Do procesów towarzyszących wymianie cieplnej należą
a)

przewodnictwo, promieniowanie, konwekcja, krążenie powietrza.

przewodnictwo, promieniowanie, konwekcja, turbulencja.

przewodnictwo, promieniowanie, konwekcja, ciśnienie.

przewodnictwo, promieniowanie, konwekcja, czynniki geograficzne.

Stacja meteorologiczna może być umieszczona
a)

w dowolnym miejscu.

w pobliżu wysokich obiektów.

na obiektach nie zasłoniętych przez inne budynki.

na terenach o dobrej widoczności.

Ciśnienie mierzymy

areometrem.

heliografem.

termometrem.

barometrem.

Front ciepły tworzy się gdy

przesuwająca się masa powietrza ciepłego unosi się ku górze nad masę powietrza
chłodnego.

gdy front chłodny dogoni front ciepły i cieplejsze powietrze zostaje wyparte ku górze
i nie styka się z powierzchnią gruntu.

przesuwająca się masa powietrza ciepłego wypiera ku górze masę powietrza
chłodnego.

gdy front ciepły dogoni front chłodny i zimniejsze powietrze zostaje wyparte ku
górze i nie styka się z powierzchnią gruntu.

Termometry mierzące temperatury ekstremalne to termometry
a)

zawierające alkohol.

cieczowe.

stacyjne.

termoelektryczne.

Na stacjach meteorologicznych pomiarów dokonuje się
a)

raz na dzień.

w określonych godzinach (równych odstępach czasu).

raz na miesiąc.

trzy razy dziennie.

Usłonecznienie to
a)

oddziaływanie promieniowania słonecznego na powierzchni Ziemi.

czas odpływu promieniowania słonecznego do atmosfery.

czas dopływu bezpośredniego promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi.

czas dopływu słonecznego do poszczególnych elementów środowiska.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Termograf służy do pomiarów
a)

wilgotności powietrza.

ciśnienia atmosferycznego.

temperatury powietrza.

kierunku wiatru.

Kąt padania promieni słonecznych na różnych szerokościach geograficznych zależy
a)

od położenia geograficznego (półkuli, na której go mierzymy) oraz temperatury.

od dnia i położenia geograficznego (półkuli, na której go mierzymy).

od dnia i temperatury powietrza.

od dnia i ciśnienia atmosferycznego.

10.

Wzór na kąta padania promieni słonecznych zawiera
a)

szerokość geograficzną.

temperaturę.

ciśnienie.

nasłonecznienie.

11.

Punkt rosy to temperatura
a)

w której para wodna zaczyna parować.

w której para wodna zaczyna się skraplać.

w której para wodna ma postać stałą.

w której para wodna nie zmienia stanu skupienia.

12.

Temperatura topnienia lodu wynosząca 32º wyrażona jest w skali
a)

Fahrenheita.

Celsjusza.

Kalwina.

Moscha.

13.

Symbol zachmurzenia na mapie synoptycznej oznacza
a)

niebo zachmurzone.

niebo słoneczne.

małe zachmurzenie.

brak zachmurzenia.

14.

Przyrząd do pomiaru średniej prędkości wiatru to
a)

termometr.

barometry.

anemometr.

heliograf.

15.

Równikowy pas ciszy to obszar, na którym spotykają się pasaty z obu półkul
w sąsiedztwie
a)

południka 0.

zwrotnika Koziorożca.

równika.

zwrotnika Raka.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16.

Końskie szerokości to obszar występujący pomiędzy rejonem występowania pasatów
i rejonem o przeważających wiatrach
a)

zachodnich.

wschodnich.

południowych.

północnych.

17.

Klimatologia to nauka o klimacie, czyli warunkach
a)

terytorialnych, na którym go obserwujemy.

atmosferycznych, charakterystycznych dla jakiegoś miejsca na kuli ziemskiej
i zależnych od czynników geograficznych.

wilgotności gleb, na których występuje.

ciśnienia i temperatury występujących w określonym czasie.

18.

Izoterma to linia łączący punkty o tych samych wartościach
a)

ciśnienia.

wilgotności.

temperatury.

warunkach nasłonecznienia.

19.

Generalizacja mapy zwiększa jej
a)

czytelność.

powiększenie.

skalę.

obraz siatki kartograficznej.

20.

Model agroklimatu informuje nas o kształtowaniu się istotnych dla rolnictwa zjawisk
a)

usłonecznienia.

cyrkulacji powietrza.

frontów atmosferycznych.

pogodowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Prowadzenie obserwacji i pomiarów do celów klimatologicznych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Atlas geograficzny. PPWK, Warszawa-Wrocław 1983

Bac S., Rojek M.: Meteorologia i klimatologia. PWN, Warszawa, 1981

Garnier B.J.: Podstawy klimatologii. IMGW, Warszawa 1996

Górski T., Zaliwski A.: Model Agroklimatu Polski. Pamiętnik Puławski, zeszyt
130/I:2002:251-260. IUNG, Puławy, 2002

Jaszczuk S. Vademecum Geografia. Wyd. GREG, Kraków, 2002

Kożuchowski K.: Meteorologia i klimatologia. PWN, Warszawa, 2005

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

Kaszewski B. M.: Przegląd metod typologii cyrkulacji atmosferycznej. Cz. I. i II
Typologie w mikroskali. Wiad. IMiGW, 1989, 1990

Kędziora A.: Podstawy agrometeorologii, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne,
1999

10.

Kop J., Kucharska M., Szkurłat E.: Geografia. Zadania i testy. PWN, Warszawa, 1995

11.

Kossowska-Cezak U. Martyn D., Olszewski K., Kopacz-Lembowicz M.: Wstęp do
meteorologii i klimatologii. PWN, Warszawa 1998

12.

Kossowska-Cezak U., Martyn D., Olszewski K., Kopacz-Lembowicz M.: Meteorologia
i klimatologia. PWN, Warszawa 2000

13.

Kożuchowski K.: Meteorologia i klimatologia. WN PWN, Warszawa, 2005

14.

Lityński J.: Liczbowa klasyfikacja typów cyrkulacji i typów pogody dla Polski, Prace
PIHM, 1969

15.

Lorenc H.: Klimat Polski.2000 Fakty i niepewności. IMGW, Warszawa 2001

16.

Łykowski B.: Podstawy klimatologii stosowanej, SGGW, Warszawa 1999

17.

Markowska D.: Ziemia, Podręcznik geografii fizycznej dla szkoły średniej, WSiP,
Warszawa, 1999

18.

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

19.

Modzelewska B. Pielowsk E.: Podstawy geografii fizycznej. SOP, 1995

20.

Prawdzic K.: Meteorologia i Klimatologia Morska. AR Szczecin., 1990.

21.

Stankowski W.: Geografia fizyczna z geologią, WSiP, 1990

22.

Szymborscy S. i K.: Wszechświat. PW Wiedza Powszechna, Warszawa 1985

23.

wiat w liczbach 2000/2001, WSiP S.A. 2001

Adresy internetowe
24.

http://encyklopedia.interia.pl/haslo?hid=119423

25.

http://matura.newsweek.pl/pliki/matura_2006/geo_p_2006.pdf

26.

http://ocean.am.gdynia.pl/student/meteo1/uslonecz.html

27.

http://ocean.wsm.gdynia.pl/student/meteo1/wiatr_pom1.html

28.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Klimat.

29.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Stopie%C5%84_baryczny

30.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Wz%C3%B3r_na_k%C4%85t_padania_promieni_s%C5%82
onecznych

31.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Zachmurzenie

32.

http://prawo.money.pl/d/prawo/akty-prawne/zalacznik/DU2004-135-
1444_pliki/DU2004-135-1444_zal6.ht

33.

http://scholaris.pl/Portal?refId=87EKHYYT036334K3W3H22801

34.

http://scholaris.pl/Portal?secId=przed_12_17&mlt_docview=G8QT73C44K74U18A0N2
JMI65

35.

http://www.atmosphere.mpg.de/enid/Service/PL_4ec.html

36.

http://www.bezan.com.pl/?m=meteo&p=chmury

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37.

http://www.ho.haslo.pl/article.php?id=2144

38.

http://www.imgw.katowice.pl/Abc/beaufort.html

39.

http://www.ipm.iung.pulawy.pl/PBZ1708/pbz1708pl.htm#ModelAgroklimatu

40.

http://www.math.montana.edu/~nmp/materials/ess/atmosphere/expert/activities/circulatio
n

41.

http://www.meteo.daniec.org/2/19_1_zachmurzenie.html

42.

http://www.meteo.uni.wroc.pl/?page=dydak&sub=lic

43.

http://www.wiking.edu.pl/article.php?id=494

44.

http://www.wis.pk.edu.pl/s-
1/hydrologia/dydaktyka/meteo/cw/Jednostki%20cisnienia.doc.

45.

http://www.wspirr.edu.pl/sylabusy/meteo.html

46.

http://www.zazi.iung.pulawy.pl/Documents/MA_Mapy_pl.html

47.

strona internetowa National Weather Service, Southern Regional Headquarters – US

48.

http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/9c3986a042afd882.html

49.

http://www.wsa.edu.pl/baza/pobierz/AgroMeteorologia.pdf

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
technik meteorolog 311[23] z4 01 u
00 Program nauki Technik meteorolog 311 23
technik meteorolog 311[23]
korektor i stroiciel instrumentow muzycznych 311[01] z2 02 n
korektor i stroiciel instrumentow muzycznych 311[01] z2 02 u
technik elektryk 311[08] z2 06 n
technik elektryk 311[08] o1 02 n
technik elektryk 311[08] z1 02 n
technik budownictwa 311[04] z2 03 u
technik elektryk 311[08] o3 02 n
technik mechanik 311[20] z1 02 u

więcej podobnych podstron