Zagadnienia na zaliczenie ćwiczeń z meteorologii i klimatologii

1. Meteorologia to nauka o procesach i zjawiskach fizycznych zachodzących w atmosferze ziemskiej. Korzysta ona z obserwacji elementów meteorologicznych (temperatury, wilgotności, opadów, ciśnienia, zachmurzenia, wiatru). Jest to nauka geofizyczna.

2. Pogoda to chwilowy stan atmosfery na pewnym obszarze określony przez układ powiązanych ze sobą składników zwanych elementami meteorologicznymi.

3. Klimatologia to nauka o klimacie. Jest ona nauką geograficzną, a jej przedmiotem badań są układy stanów pogody.

4. Klimat to wieloletni układ charakterystycznych dla danego obszaru stanów pogody. Układ ten jest wynikiem współdziałania promieniowania słonecznego, cyrkulacji atmosferycznej, obiegu wody i czynników geograficznych.

5. Czynniki klimatotwórcze:

• szerokość geograficzna - wpływa na kąt padania promieni słonecznych, co decyduje o temperaturze

• rozkład lądów i oceanów - nierównomierne nagrzewanie się wody i lądów wpływa na rozkład opadów, zróżnicowanie temperatury i wilgotności powietrza

• prądy morskie - wpływają na temperaturę i wilgotność powietrza oraz na wielkość opadów

• wysokość n.p.m. - wpływa na temperaturę powietrza, ciśnienie atmosferyczne oraz na wielkość opadów

• rzeźba terenu - ułatwia lub utrudnia przepływ mas powietrza, co wpływa na temperaturę powietrza i wielkość opadów

• szata roślinna - wpływa na temperaturę oraz wilgotność powietrza

• działalność człowieka - powoduje globalne zmiany warunków klimatycznych.

6. Wybrane izolinie:

• izobara - identyczne ciśnienie atmosferyczne

• izohieta - identyczne sumy opadów

• izoterma - identyczne wartości temperatur

• izohela - identyczne usłonecznienie

• izohumida - identyczna wilgotność względna

• izonefa - identyczna wielkość zachmurzenia

• izotacha - identyczna prędkość wiatru.

7. Metody sprawdzania jednorodności szeregu:

• metoda stałości różnic (temperatura)

• metoda stałości stosunków (opady)

• metoda korelacji (linie na wykresie, ich pokrywanie się lub brak pokrycia).

8. Promieniowanie słoneczne to strumień fal elektromagnetycznych i cząstek elementarnych docierający ze Słońca na Ziemię. Dzielimy je na krótkofalowe i długofalowe (oddzielają je 4 mikrometry).

9. Natężenie promieniowania słonecznego to ilość energii cieplnej, jaką otrzymuje jednostka powierzchni ustawiona prostopadle do biegu promieni słonecznych w jednostce czasu (1 minuta).

I_h= Isinh

I - natężenie promieniowania słonecznego h - kąt padania promieni słonecznych

10. Stała słoneczna to całkowita energia, jaką promieniowanie słoneczne przenosi w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię ustawioną prostopadle do promieniowania w średniej odległości Ziemi od Słońca przed wejściem promieniowania do atmosfery.

a = 1360 (+/- 20) W/m²

a - stała słoneczna

11. Promieniowanie całkowite to suma promieniowania bezpośredniego i promieniowania rozproszonego.

I_h = Isinh + i

i - natężenie promieniowania rozproszonego

12. Albedo to iloraz promieniowania odbitego i padającego. Albedo podaje się w %.

13. Ekstynkcja to łączny efekt osłabienia promieniowania słonecznego przy przejściu przez atmosferę w wyniku pochłaniania i rozproszenia.

14. Schemat ekstynkcji:

promieniowanie słoneczne - 100%

___________________________________linia atmosfery___________________________________

15% - pochłanianie 30% odbicie

8% ucieka

3 % ucieka 25% rozproszenie 1% ucieka

30% promieniowanie bezpośrednie 17% z rozproszenia

__________________________________powierzchnia Ziemi________________________________

27% 16%

27% + 16% = 43%

43% pochłaniane przez Ziemię

15. Równanie bilansu krótkofalowego:

R = (Isinh + i)(1-A).

16. Procesy wymiany ciepła powierzchni Ziemi z atmosferą:

• przewodnictwo cieplne

• turbulencja

• parowanie (pobieranie ciepła z atmosfery)

• kondensacja (oddawanie ciepła do atmosfery)

• promieniowanie własne Ziemi.

17. Promieniowanie zwrotne atmosfery to część promieniowania długofalowego atmosfery skierowana do powierzchni Ziemi.

18. Promieniowanie efektywne to różnica między promieniowaniem własnym Ziemi a promieniowaniem zwrotnym atmosfery.

E_ef = E_z - E_a

19. Równanie całkowitego bilansu promieniowania słonecznego:

R = (Isinh + i)(1-A) - E_ef

20. Usłonecznienie to czas dopływu bezpośredniego promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi. Dzielimy je na bezwzględne (suma godzin, w czasie których do Ziemi dociera bezpośrednie promieniowanie słoneczne) i względne (stosunek usłonecznienia bezwzględnego do usłonecznienia maksymalnie możliwego). Do pomiarów usłonecznienia służy heliograf.

21. Temperatura to stopień nagrzania danego ciała.

22. Proces adiabatyczny to proces nagrzewania lub ochładzania powietrza przebiegający bez wymiany ciepła z otoczeniem.

23. Gradient termiczny to zmiana temperatury na jednostkę wysokości (na 100 metrów) - wyróżniamy suchoadiabatyczny i wilgotnoadiabatyczny.

24. Rzeczywisty (faktyczny) gradient pionowy temperatury to zmiana temperatury w konkretnej masie powietrza na jednostkę wysokości.

25. Typy równowagi atmosfery:

• równowaga stała atmosfery - G < G_s i G < G_w, przewaga ruchów zstepujących powietrza

• równowaga atmosfery - G = G_s i G = G_w

• równowaga chwiejna - G > G_s i G > G_w, przewaga ruchów wstępujących powietrza.

26. Izotermia występuje wtedy, gdy wraz ze wzrostem wysokości temperatura nie ulega zmianie.

27. Inwersja występuje wtedy, gdy wraz ze wzrostem wysokości temperatura również wzrasta.

28. Rodzaje inwersji:

• przygruntowa

• radiacyjna (często w bezchmurne noce)

• niska

• wysoka (np. dym z kominów).

29. Skala Fahrenheita:

T _Fahrenheit = 32 + 9/5 · T_Celcjusz

T_Celcjusz = 5/9 · (T_Fahrenheit - 32)

30. Skala Kelwina:

T^OK = T^OC + 273^O

T^OC = T^OK - 273^O

31. Charakterystyka temperatury gruntu:

• minimalna - krótko przed wschodem słońca

• maksymalna - między godziną 13 i 14

• średnie dobowe amplitudy - 5-10^OC zimą, 10-20^OC latem

• minimalna temperatura w styczniu, maksymalna w lipcu (amplituda roczna od 10 do 25^OC)

• wahania temperatury wraz z głębokością maleją (wahania roczne - 15-20 metrów).

32. Czynniki wpływające na temperaturę gruntu:

• pojemność cieplna gruntu (zawartość wody w gruncie)

• przewodnictwo cieplne (zawartość wody - w wilgotnym gruncie ciepło przenika głębiej)

• albedo (szorstkość, barwa gruntu)

• pokrycie gruntu szatą roślinną, pokrywą śnieżną (łagodzenie wahań temperatury)

• stopień zachmurzenia (w dzień pochmurny wahania temperatury są mniejsze).

33. Charakterystyka dziennego przebiegu temperatury powietrza:

• minimalna - krótko przed wschodem słońca

• maksymalna - między godziną 14 i 15

• odstępstwa od regularnego przebiegu zależne są od zachmurzenia, napływu innej masy powietrza, przejścia frontów atmosferycznych.

34. Amplituda temperatury powietrza zależy od:

• pory roku (zimą mniejsza niż latem)

• zachmurzenia

• szerokości geograficznej

• podłoża

• ukształtowania terenu (największa w formach wklęsłych)

• wysokości nad poziomem morza (spadek wraz ze wzrostem wyskości)

• pokrywy roślinnej.

35. Czynniki wpływające na temperaturę powietrza:

• czynniki klimatotwórcze

• obieg wody

• obieg ciepła

• cyrkulacja atmosfery.

36. Typy rocznych przebiegów temperatury:

• równikowy - małe amplitudy temperatury (do kilku stopni), dwa okresy z maksymalną i z minimalną temperaturą, średnia roczna temperatura powyżej 20^OC.

• zwrotnikowy - amplitudy większe niż w równikowym, maksymalna i minimalna temperatura w zależności od półkuli w styczniu lub w lipcu

• umiarkowany - amplitudy większe niż w zwrotnikowym, maksymalna i minimalna w zależności od półkuli w styczniu lub w lipcu, podział na morski i kontynentalny

• okołobiegunowy - amplitudy większe niż w umiarkowanym, najniższa średnia temperatura roczna (poniżej 0^OC).

37. Termiczne pory roku:

• przedwiośnie - próg 0^OC

• wiosna - próg 5^OC

• przedlecie - próg 10^OC

• lato - próg 15^OC

• polecie - próg 15^OC

• jesień - próg 10^OC

• przedzimie - próg 5^OC

• zima - próg 0^OC.

38. Czynniki wpływające na intensywność parowania:

• temperatura ciała parującego

• temperatura otoczenia

• wilgotność powietrza

• ciśnienie atmosferyczne

• prędkość wiatru.

39. Utajone ciepła:

• parowania/skraplania - 597 cal / 1g (w temperaturze 0^O)

• krzepnięcia/topnienia - 80 cal / 1 g

• sublimacji/resublimacji - 677 cal / 1g.

40. Wilgotność powietrza to zawartość pary wodnej w powietrzu.

41. Wskaźniki wilgotności powietrza:

• ciśnienie pary wodnej (E - wartość maksymalna, e - wartość aktualna)

• wilgotność względna powietrza (f = e / E · 100%)

• wilgotność bezwzględna - gęstość pary wodnej w powietrzu (a[g / m³])

• wilgotność właściwa (s[g / kg])

• deficyt wilgotności (D = E - e)

• temperatura punktu rosy.

42. Kondensacja to zmiana stanu skupienia wody z gazowego w ciekły lub stały.

43. Warunki, jakie muszą zaistnieć, by nastąpiła kondensacja:

• nasycenie powietrza parą wodną

• obniżenie temperatury poniżej temperatury punktu rosy (lub osiągnięcie tej temperatury)

• obecność jąder kondensacji (pyłki roślin, sole morskie, zanieczyszczenia).

44. Przyczyny kondensacji:

• adiabatyczne schłodzenie powietrza

• ruchy turbulencyjne i konwekcyjne powietrza

• wślizgiwanie się powietrza wzdłuż powierzchni frontalnych

• grzbiety fal atmosferycznych powstających na granicy dwóch wilgotnych mas powietrza o różnej temperaturze

• ochładzanie powietrza w wyniku wypromieniowania długofalowego powierzchni Ziemi

• zetknięcie się ciepłych i wilgotnych mas powietrza z ochłodzoną powierzchnią Ziemi

• parowanie z powierzchni cieplejszej do chłodniejszego otoczenia.

45. Produkty kondensacji:

• chmury

• zamglenia

• mgły

• osady atmosferyczne.

46. Rodzaje mgieł:

• radiacyjne - powstają w wyniku wypromieniowania ciepła z podłoża

• adwekcyjne - powstają w wyniku napływu wilgotnego powietrza na wychłodzone podłoże

• zmieszania - powstają w wyniku zmieszania powietrza ciepłego i wilgotnego

• parowania - powstają w wyniku parowania z powietrza cieplejszego do chłodnego otoczenia.

47. Osady atmosferyczne:

• rosa - skroplenie pary wodnej w wyniku wypromieniowania ciepła z podłoża

• szron - skroplenie pary wodnej w wyniku wypromieniowania ciepła z podłoża w ujemnej temperaturze

• szadź - napływ wilgotnego powietrza na wychłodzone przedmioty

• nalot ciekły - napływ wilgotnego powietrza na wychłodzone pionowe ściany

• nalot stały - napływ wilgotnego powietrza na wychłodzone pionowe ściany w ujemnej temperaturze

• gołoledź - cienka warstwa lodu na powierzchniach płaskich, opadająca mżawka na wychłodzone do ujemnej temperatury podłoże.

48. Rodzaje chmur ze względu na skład:

• wodne - słabe opady mżawki

• lodowe - słabe opady mżawki

• mieszane (niejednorodne) - dają duże opady.

49. Typy genetyczne chmur:

• konwekcyjne - w wyniku konwekcji w równowadze chwiejnej atmosfery (chmury kłębiaste)

• falowe - powstają na granicy dwóch mas powietrza w równowadze stałej atmosfery

• frontowe - w wyniku wznoszenia ślizgowego.

50. Typy chmur:

• Cirrus (Ci - pierzaste) - piętro wysokie, nie wywołują opadów, bardzo cienkie

• Cirrocumulus (Cc - pierzasto-kłębiasto) - piętro wysokie, nie wywołują opadów, białe kłębki

• Cirrostratus (Cs - pierzasto-warstwowe) - piętro wysokie, nie wywołują opadów

• Altocumulus (Ac - średnie kłębiaste) - piętro średnie, nie wywołują opadów, silnie poszarpane

• Altostratus (As - średnie warstwowe) - piętro średnie, wywołują opady deszczu i śniegu, niebieskawe lub szare

• Nimbostratus (Ns - warstwowo-deszczowe) - piętro dolne, wywołują opady deszczu i śniegu, ciemnoszare i grube

• Stratocumulus (Sc - warstwowo-kłębiaste) - piętro dolne, wywołują opady śniegu, deszczu, krupy śnieżnej

• Stratus (St - warstwowe) - piętro dolne, opady w postaci śniegu, mżawki, niskie i szare

• Cumulus (Cu - kłębiaste) - budowa pionowa, niewielkie opady w postaci deszczu

• Cumulonimbus (Cb - kłębiasto-burzowe) - budowa pionowa, krótkie i gwałtowne opady deszczu, gradu, śniegu, ciemne i grube.

51. Front ciepły:

• powietrze ciepłe goni powietrze chłodne

• powietrze ciepłe nachodzi na chłodne i wskakuje na nie

• najpierw pojawiają się haczykowate odmiany Cirrusów, następnie chmury warstwowe wszystkich pięter

• strefa opadów szeroka, opady są długotrwałe, ale mało obfite.

52. Front chłodny:

• powietrze chłodne goni powietrze ciepłe

• powietrze chłodne wypycha ciepłe do góry, a samo schodzi w dół

• pojawienie się Cumulonimbusów

• strefa opadów wąska, opady krótkotrwałe, ale obfite.

53. Okluzja (połączenie się frontu ciepłego i chłodnego):

• styknięcie się dwóch warstw chłodnych, z których jedna jest cieplejsza od drugiej, powietrze ciepłe wypychane jest ku górze

• jeśli powietrze mniej chłodne dogania bardziej chłodne, to zjawisko to ma charakter frontu ciepłego (występuje więcej chmur warstwowych)

• jeśli powietrze bardziej chłodne dogania mniej chłodne, to zjawisko to ma charakter frontu chłodnego (występuje więcej chmur kłębiastych).

54. Koagulacja grawitacyjna (koalescencja) zachodzi w chmurach zbudowanych z kropel wody (chmurach ciągłych).

55. Koagulacja turbulencyjna rozrastanie się kropel deszczu w wyniku zderzenia z innymi z powodu ruchu wirowego.

56. Koagulacja elektrostatyczna zachodzi, gdy w chmurze znajdują się krople wody naładowane dodatnio lub ujemnie, one się przyciągają i tworzą większe.

57. Teoria Findeisena-Bergerona dotyczy chmur zbudowanych z kropel wody i lodu. Zjawisko to zachodzi poniżej temperatury -12^OC. W temperaturze tej łatwiej nasycić parę wodną nad kryształkami lodu niż nad kropelkami wody, w związku z tym kropelki parują i następuje resublimacja wody w lód, a kryształki lodu rozrastają się.

58. Rodzaje opadów:

• deszcz (krople powyżej 0,5 mm)

• mżawka krople poniżej 0,5 mm)

• śnieg

• śnieg z deszczem

• grad (wielowarstwowa struktura)

• krupa śnieżna

• śnieg ziarnisty

• słupki i ziarna lodowe.

59. Podział opadów ze względu na czas trwania:

• ciągłe (powyżej 6 godzin) - równomierne natężenie, dominują chmury warstwowe (As, Ns)

• z przerwami - dominują chmury warstwowe, natężenie duże

• przelotne - krótkotrwałe, duże natężenie, dominują chmury kłębiaste

• roszące - mżawki.

60. Typy rocznego przebiegu opadów:

• równikowy - dwa okresy z wysokimi opadami (okresy równonocy)

• zwrotnikowy - pora sucha i deszczowa, odmiana monsunowa

• podzwrotnikowy - pora z deszczem przypada zimą, a sucha latem

• umiarkowany - większe sumy opadów latem, mniejsze zimą, odmiany morska i kontynentalna

• polarny - bardzo niskie sumy opadów, latem większe niż zimą.

61. Ciśnienie atmosferyczne to ciężar słupa powietrza o wysokości równej wysokości atmosfery od danego poziomu do jej górnej granicy na jednostkę powierzchni Ziemi.

62. Normalne ciśnienie atmosferyczne to takie, które równoważy słup rtęci o wysokości 760 mm w temperaturze 0^OC na poziomie morza i szerokości geograficznej 45^O.

760 mm Hg = 1013,25 hPa (3/4 mm Hg = 1 hPa, 4/3 hPa = 1 mm Hg)

63. Przebieg dzienny ciśnienia atmosferycznego:

• maksima - godzina 10 i 22

• minima - godzina 4 i 16

• minimalne amplitudy, ale na tyle duże, żeby rozróżnić okresy z minimami i maksimami.

64. Tendencja baryczna to zmiana ciśnienia od jednej obserwacji do drugiej.

65. Typy przebiegu rocznego ciśnienia atmosferycznego:

• lądowy - maksimum przypada zimą, minimum latem

• morski - maksimum przypada na początku lata, minimum zimą.

66. Poziomy gradient baryczny to zmiana ciśnienia atmosferycznego przypadająca na jednostkę odległości na powierzchni poziomej w kierunku największego spadku ciśnienia (wyrażany na 100 kilometrów).

67. Układy baryczne:

• wyż baryczny

• niż baryczny

• zatoka niskiego ciśnienia - w kształcie litery V

• zatoka wysokiego ciśnienia - w kształcie litery U

• siodło baryczne - występowanie 2 układów niżu i 2 układów wyżu na krzyż

• bruzda - układ niskiego ciśnienia znajduje się pomiędzy układami wysokiego ciśnienia

• wał - układ wysokiego ciśnienia znajduje się pomiędzy układami niskiego ciśnienia.

68. Wiatr to ruch powietrza o przeważającej składowej poziomej. Możemy określać jego kierunek i prędkość.

69. Siły modyfikujące prędkość i kierunek wiatru:

• siła Coriolisa - na lewo na półkuli południowej, na prawo na półkuli północnej

• siła tarcia - wiatr przecina izobary pod pewnym kątem (im większa, tym mniejsza prędkość wiatru, tym większy kąt)

• siła odśrodkowa w ruchu krzywoliniowym.

70. Wiatr geostroficzny to jednostajny i równoległy do izobar ruch powietrza odbywający się bez tarcia pomiędzy obszarami o wysokim i niskim ciśnieniu (np. Jet Streem - z zachodu).

71. Wiatry gradientowe to jednostajne ruchy powietrza odbywające się wzdłuż torów kołowych bez działania siły tarcia.

72. Reguła Buys-Ballota mówi o tym, że jeśli na półkuli północnej staniemy tyłem do kierunku wiatru, to ciśnienie najniższe znajdziemy po stronie lewej nieco z przodu, a najwyższe po stronie prawej nieco z tyłu (na półkuli południowej odwrotnie).

73. Rodzaje wiatrów:

• stałe - pasaty

• okresowe - bryza, monsuny, wiatry górskie i dolinne, bora.

74. Cyrkulacja monsunowa:

• monsun letni - tworzenie się wyżów nad oceanem i niżów na lądzie, monsun wilgotny

• monsun zimowy - tworzenie się wyżów na lądzie i niżów nad oceanem, monsun ciepły

• występowanie: Środkowa Afryka, Półwysep Somalijski, Kotlina Kongo, Azja Południowo-Wschodnia, Ameryka Południowa, Japonia.

75. Bryza:

• powstanie wskutek ogrzania powietrza prądów wstępujących nad wodą lub lądem

• przemieszczanie się mas powietrza

• ochładzanie się powietrza nad lądem lub morzem i jego ochładzanie

• tworzenie się bryzy dziennej lub nocnej.

76. Schemat powstawania wiatru fenowego (w Tatrach - halny):

• poziomy ruch wiatru

• napotkanie przez wiatr przeszkody w postaci bariery górskiej, zwiększanie przez wiatr wysokości

• utrata wilgotności, gwałtowne opady

• pokonanie przez wiatr bariery górskiej

• ogrzewanie się wiatru, staje się on suchy, ciepły, nie powoduje opadów.

77. Bora:

• spływ chłodnego powietrza z lądu w kierunku morza

• nabieranie przez powietrze ogromnych prędkości

• występowanie: Francja, Bałkany.

78. Wiatry górskie i dolinne:

• wiatr dolinny - w dzień zbocza gór nagrzewają się szybciej, stąd wiatr w górę stoku

• wiatr górski - w nocy szybciej nagrzewa się dno doliny, stąd wiatr wieje w dół.

79. Wiatry lokalne:

• mistral - suchy, zimny, porywisty wiatr wiejący w południowej Francji poprzez Masyw Centralny, jest on związany z lokalnym układem cyrkulacji powietrza - pojawia się, gdy nad wschodnim Atlantykiem tworzy się ośrodek wysokiego ciśnienia, a nad Europą Zachodnią przemieszcza się układ niskiego ciśnienia

• blizzard - to mroźny, silny wiatr północno-zachodni wiejący w południowej Kanadzie i północnej części Stanów Zjednoczonych, przynosi on znaczne spadki temperatury (sięgające nawet -30°C) oraz bardzo obfite opady śniegu

• sirocco - suchy i gorący wiatr wiejący w basenie Morza Śródziemnego (głównie Półwysep Apeniński, Sycylia, Sardynia i Korsyka), wieje z kierunków południowego lub południowo-wschodniego, przynosząc z Sahary i innych pustyń tumany piaszczystego pyłu

• chamsin - gwałtowny, suchy i gorący południowy wiatr wiejący na pustyniach Afryki Północnej i Półwyspu Arabskiego oraz w ich sąsiedztwie, wywołuje burze pyłowe i piaskowe

• suchowiej - gorący i suchy wiatr południowy, południowo-wschodni lub wschodni, wiejący latem w europejskiej części Rosji, na stepach Ukrainy i w Kazachstanie, powoduje wzrost temperatury do 35-40°C i spadek wilgotności względnej do 10-15%

• harmattan - silny, północno-wschodni wiatr wiejący w porze suchej znad Sahary na wybrzeże Zatoki Gwinejskiej i zachodnie wybrzeże Afryki Północnej.

80. Przyrządy pomiarowe:

• usłonecznienie - heliograf

• promieniowanie całkowite - pyranometr

• promieniowanie bezpośrednie - aktynometr

• temperatura - termometry cieczowe (rtęć, alkohol), deformacyjne (stopy dwóch metali)

• wilgotność powietrza - ewaporometr Piche'a, higrometr, psychometr

• opady - deszczomierz, pluwiograf (wysokość i natężenie opadów), totalizator (w górach)

• ciśnienie atmosferyczne - barometr hydrostatyczny, barograf (zapis przebiegu ciśnienia), aneroid (barometr deformacyjny).

---