Zagadnienia na zaliczenie z meteorologii i klimatologii

WYKŁAD 1.

1. Meteorologia to nauka o procesach i zjawiskach fizycznych zachodzących w atmosferze ziemskiej. Korzysta ona z obserwacji elementów meteorologicznych. Jest to nauka geofizyczna.

2. Elementy meteorologiczne:

• temperatura powietrza

• wilgotność powietrza

• opady atmosferyczne

• ciśnienie atmosferyczne

• zachmurzenie

• wiatr

• osady atmosferyczne

• litometeory - zmętnienie opalizujące i pyłowe, zamiecie

• fotometeory - halo, wieńce, iryzacja obłoków, gloria, tęcza

• elektrometeory - burza, zorza polarna, ognie św. Elma.

3. Gałęzie meteorologii:

• dynamiczna - wyjaśnienie procesów dynamicznych

• synoptyczna - prognozowanie pogody

• aerologia - badanie atmosfery w pionie

• aeronomia - badanie wyższych warstw atmosfery

• aktynometria - badanie promieniowania na kuli ziemskiej.

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

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

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

7. 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 (pokrywa śnieżna, lodowa) - wpływa na temperaturę oraz wilgotność powietrza

• działalność człowieka - powoduje globalne zmiany warunków klimatycznych.

8. Procesy klimatotwórcze:

• obieg ciepła

• obieg wilgoci

• cyrkulacja atmosfery.

9. Gałęzie klimatologii:

• ogólna - dąży do poznania procesów kształtujących różne typy klimatu

• regionalna - poznanie klimatów określonych miejsc

• stosowana - stosuje osiągnięcia klimatologii do rozwoju innych dziedzin naukowych (bioklimatologia, agroklimatologia, klimatologia transportu, klimatologia techniczna, klimatologia wojskowa).

10. Obserwacje i badania meteorologiczne w przeszłości (najważniejsze wydarzenia):

• Hipokrates (460-377 r. p.n.e.) - dzieło „Powietrze, woda i miejsce” - uzależnienie człowieka od przyrody

• Arystoteles (384-322 r. p.n.e.) - dzieło „Meteorologia. O świecie” - zjawiska atmosferyczne

• 2. połowa I w. n.e. - informacje o cyrkulacji monsunowej (wyprawy Rzymian do Indii, Chin)

• Krzysztof Kolumb (1451-1556) - informacje o pasatach

• Vasco da Gama (1469-1524) - informacje o monsunach

• G. Harvey (1656-1742) - opisanie mechanizmu powstawania cyrkulacji pasatowej

• XVIII w. - wynalezienie przyrządów meteorologicznych

• 1853 - pierwsza Międzynarodowa Konferencja Meteorologiczna w Brukseli

• 1854 - zniszczenie floty angielsko-francuskiej przez burzę na Morzu Czarnym - wniosek dotyczący konieczności uruchomienia meteorologicznej sieci telegraficznej

• 1873 - powołanie Międzynarodowej Organizacji Meteorologii

• 1884 - opracowanie dzieła „Klimat naszego globu” (pierwsze dzieło w skali globalnej)

• 1931 - wyjaśnienie efektu cieplarnianego

• 1947 - powołanie Światowej Organizacji Meteorologii

• 1960 - skonstruowanie pierwszego satelity meteorologicznego TIROS.

11. Najstarsze sieci obserwacyjne:

• 1654 - Floretyńska (11 stacji - 7 włoskich, po 1 w Niemczech, Austrii, Francji i Polsce)

• 1780-1792 - Pallatyńska (30 stacji)

• 1803-1831 - Wileńska

• pod zaborami - galicyjska, warszawska, pruska i rosyjska.

12. Najdłuższe ciągi obserwacyjne:

• 1779 - Warszawa

• 1792 - Kraków

• 1881 - Gdańsk.

13. Organizacja sieci w ramach Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej:

Państwowa Służba Hydrologiczno-Meteorologiczna

1. Hydrologiczno-Meteorologiczna Służba Pomiarowo-Obserwacyjna	2. Służba Prognoz Meteorologicznych	3. Służba Progroz Hydrologicznych
Stacje synoptyczne	Meteorologiczne modele matematyczne	Biura prognoz hydrologicznych
Posterunki hydrologiczno-meteorologiczne	Biura prognoz meteorologicznych
Radary meteorologiczne POLRAD (8, np. Poznań, Legionów, Rebiechowo)
Wykrywanie i lokalizacja wyładowań atmosferycznych PERUN (9, np. Kalisz)
Pomiary aerologiczne (3 stacje)
Odbiór danych satelitarnych (Kraków)

14. Stacje synoptyczne:

• automatyczna aparatura oraz pracownik obserwator

• dane wysyłane do centrali w Warszawie

• stacje I rzędu - 53, całodobowe obserwacje i pomiary (obserwator cały dzień)

• stacje II rzędu - 8, całodobowe pomiary (obserwator 8-12 godzin), podstawowy zakres pomiarowo-obserwacyjny (dla I i II rzędu): ciśnienie atmosferyczne, temperatura, wilgotność, prędkość i kierunki wiatru, opad atmosferyczny, usłonecznienie, zachmurzenie, rodzaje i gatunki chmur, wysokość podstawy chmur, stan gruntu, charakter pokrywy śnieżnej, rozszerzony zakres pomiarowo-obserwacyjny: parowanie ze swobodnej powierzchni wody, automatyczna stacja meteorologiczna MAWS-301 z czujnikiem mierzącym wysokość podstawy chmur, elementy promieniowania słonecznego, pionowe sondaże atmosfery

• stacje III rzędu - 61, stacje klimatologiczne, trzy terminy pomiarów standardowych i automatycznych (6, 12, 18 UTC) oraz całodobowe obserwacje wizualne, podstawowy zakres pomiarowy: temperatury w klatce i przy gruncie oraz temperatury ekstremalne, wilgotność powietrza, prędkość i kierunki wiatru, wielkość opadów i grubość pokrywy śnieżnej

• stacje IV rzędu - 159, posterunki meteorologiczne, trzy terminy pomiarów standardowych i automatycznych (6, 12, 18 UTC) oraz całodobowe obserwacje wizualne, podstawowy zakres pomiarowy: temperatury w klatce meteorologicznej, wielkość opadu i grubość pokrywy śnieżnej

• stacje V rzędu - 1027, posterunki opadowe, pomiary standardowe i automatyczne o godz. 6 oraz całodobowe obserwacje wizualne, podstawowy zakres pomiarowy: wielkość opadu i grubość pokrywy śnieżnej, zawartość wody w śniegu, obserwacje wizualne, obsługuje obserwator ryczałtowy.

15. Radary meteorologiczne POLRAD:

• synchronizacja czasowa działania 8 stacji radarowych (sterowanie automatyczne z Radarowego Centrum Operacyjnego IMGW w Warszawie, skąd stacje radarowe otrzymują szczegółowy harmonogram operacyjny)

• częstotliwość pomiarów opadów do kalibrowania obrazów radarów meteorologicznych - co 5 min.

16. System Monitoringu i Osłony Kraju:

• komponent BZ Programu Usuwania Skutków Powodzi

• projekt Likwidacji Skutków Powodzi

• utworzenie nowoczesnej bazy technicznej i metodycznej w wyniku modernizacji w ramach SMOK

• celem jest monitoring, prognozowanie i ostrzeganie przed groźnymi zjawiskami naturalnymi oraz gromadzenie informacji.

17. System PERUN:

• sieć pomiarowa składa się z 9 stacji detekcyjnych

• skuteczność - 95%

• dokładność lokalizacji wyładowań atmosferycznych do 1 km (na terenie Polski)

• synchronizacja za pomocą satelitarnego systemu GPS.

18. Parametry systemu Służby Prognoz Meteorologicznych:

• prędkość i kierunek wiatru

• stan wody w rzece i stan wód gruntowych

• temperatura wody w rzece

• temperatura przy gruncie

• opady ciekłe.

WYKŁAD 2.

19. Meteorologia synoptyczna to nauka, która bada prawidłowości rozwoju procesów atmosferycznych związanych z przewidywaniem pogody. Jest to nauka o pogodzie i jej przewidywaniu. (Zwieriew 1965)

20. Etapy rozwoju meteorologii synoptycznej:

• wojna krymska - zatopienie przez sztorm floty angielsko-francuskiej na Morzu Czarnym

• 1860 - służba informacji sztormowych w Holandii (później w Anglii, Francji)

• 1870 - powołanie służby meteorologicznej w USA (1876 - w Niemczech)

• 1872 - wydawanie w Rosji „Codziennego biuletynu pogody”

• sformułowanie falowej teorii niżów, wykrycie struktur frontowych w niżach pozazwrotnikowych, wprowadzenie w latach 1920-1930 do praktyki synoptycznej analizy frontów atmosferycznych

• wprowadzenie analizy górnych map pogody do praktyki synoptycznej w latach 1930-1940

• zastosowanie danych z satelitów meteorologicznych od roku 1960

• wykorzystanie numerycznych metod prognozowania od lat 60. XX wieku.

21. Powierzchnie izobaryczne to powierzchnie o jednakowej wartości ciśnienia w atmosferze.

22. Mapa synoptyczna to fizyczna mapa geograficzna, na której za pomocą umownych symboli międzynarodowych, cyfr i linii przedstawione są stosunki pogodowe panujące w danym momencie nad danym obszarem. (Woś 2006)

23. Historia numerycznych metod prognozowania:

• początek XX w. - skomplikowany układ równań różniczkowych cząsteczkowych ułożony w Bergen (Norwegia) przez Vilhelma Bjerknesa (nie rozwiązał on tego układu, bo był zbyt trudny)

• 1916 - rozwiązanie układu równań różnicowych (przekształcenie równań różniczkowych w różnicowe) przez L. F. Richardsona z Wielkiej Brytanii, obliczenie wartości średnich dla wybranych elementów meteorologicznych i podzielenie atmosfery nad Europą Zachodnią na jednakowe, regularne kwadraty

• lata 50. XX w. - pierwsze poprawne numeryczne prognozowanie pogody przez Amerykanów J. Charneya i J. von Neumannema, stworzenie modelu matematycznego i obliczenia na komputerze ENIAC

• 1960 - jedno z najważniejszych odkryć, dokonane przez Edwarda Lorenza - minimalna różnica wartości początkowych daje bardzo duże różnice w wynikach końcowych

• powstawanie numerycznego modelu prognostycznego - asymilacja danych pomiarowych na wysokiej rozdzielczości pola parametrów, inicjalizacja modelu.

24. Prognozy w Polsce:

• Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - model LM COSMO (liczony 4 razy dziennie w 2 cyklach operacyjnych, baza w Warszawie), model ALADIN (podział na globalny IFS i regionalny Arpege, liczony 2 razy dziennie, baza w Krakowie)

• Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego - modele UM PL (48-godzinowe prognozy) i COAMPS (84-godzinowe).

25. Najczęstsze błędy modeli prognozujących pogodę na Półkuli Północnej:

• zaniżona energia kinetyczna ruchów wirowych we wszystkich skalach

• zaniżona aktywność synoptyczna w regionach polarnych w zimie

• zbyt silny prąd strumieniowy (szczególnie nad Pacyfikiem)

• zaniżona częstość „blokadowych” sytuacji z Wyżem Azorskim rozbudowanym na północny-wschód (lato, zima).

26. Przyszłość meteorologii synoptycznej - problemy do rozwiązania:

• asymilacja danych

• stały rozdźwięk pomiędzy możliwościami komputerów a potrzebami prognostyków

• adaptowanie nowych technologii przez synoptyków i ich odbiorców

• rozszerzanie zakresu prognoz

• prognozy długoterminowe.

WYKŁAD 3.

27. Skład powietrza:

• azot - 78%

• tlen - 21%

• argon - 0,93%

• dwutlenek węgla - 0,34%

• inne - neon, hel, xenon, metan, tlenek węgla, wodór, ozon itd.

28. Zróżnicowanie zasięgu troposfery w zależności od pory roku:

SZEROKOŚĆ GEOGRAFICZNA	LATO	ZIMA
biegun północny/południowy	9 km	7 km
strefa umiarkowana	13 km	10 km
równik	15-18 km	15-18 km

29. Budowa atmosfery:

• troposfera - 0-18 km

• temperatura - spadek

• ciśnienie - spadek

• najważniejsze informacje - występowanie turbulencji powietrza, procesów kształtujących pogodę i klimat na Ziemi

• stratosfera - 18-55 km

• temperatura - do 25 km -55^OC, następnie wzrost

• ciśnienie - spadek (szybszy niż w troposferze)

• najważniejsze informacje - występowanie ozonosfery na wysokości 20-35 km

• mezosfera - 50-80 km

• temperatura - spadek

• ciśnienie - stałe o wartości 1 hPa

• najważniejsze informacje - koniec homosfery (jednakowy skład chemiczny atmosfery)

• termosfera - 85-800 km

• temperatura - wzrost

• ciśnienie - spadek

• najważniejsze informacje - występowanie jonosfery, która umożliwia odbieranie komunikatów radiowych, tworzenie się zorzy polarnej

• egzosfera - wyżej niż 800 km

• temperatura - gwałtowny spadek

• ciśnienie - spadek

• najważniejsze informacje - zbudowana głównie z wodoru i helu, występowanie sztucznych satelitów.

30. Magnetosfera to obszar wokół obiektu astronomicznego, w którym ruchy i zjawiska dotyczące naładowanych cząstek są zdominowane przez pole magnetyczne danego obiektu. Posiadają ją m.in. Ziemia, Jowisz, Saturn, Uran i Neptun (Merkury - jedynie zalążki).

31. Czynniki wpływające na kształt ziemskiej magnetosfery:

• pole magnetyczne Ziemi

• wiatr słoneczny

• oddziaływanie międzyplanetarne pola magnetycznego.

32. Pasy van Allena to obszary intensywnego promieniowania korpuskularnego, otaczające Ziemię. Składają się z naładowanych cząstek wielkiej energii - głównie elektronów i protonów - schwytanych w pułapkę przez ziemskie pole magnetyczne, w którym poruszają się one po trajektoriach zbliżonych do helis, których osie są równoległe do linii pola magnetycznego łączących obydwa ziemskie bieguny magnetyczne.

33. Reakcje Chapmana, przyczyniające się do naturalnego powstawania „dziury ozonowej”:

O₂ + hv O + O

O + O₂ O₃

O₃ + hv O₂ + O

O + O₂ O₃

O + O₃ O₂ + O₂

34. Procesy towarzyszące zjawisku nocy polarnej:

• utworzenie się w stratosferze cyrkulacji wirowej nad obszarem bieguna

• izolacja termiczna, spadek temperatury do -80^OC

• utworzenie się stratosferycznych chmur polarnych.

35. Działanie freonów:

• dwuatomowe cząsteczki bromu i chloru rozbijają w trakcie dnia polarnego ozon

• 2 O₃ 3 O₂.

WYKŁAD 4.

36. Charakterystyka Słońca:

• masa: 72% wodór, 26% hel, 2% inne pierwiastki (C, N, O, Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca, Ni, Fe)

• wiek: 4,6 mld. lat

• energia: powstaje przez zamianę wodoru w hel

• gęstość: 1408 kg/m³

• masa: 19891 · 10³⁰ kg

• objętość: 1,41 · 10¹⁸ km³

• moc promieniowania: 3,827 · 10²⁶ W

• temperatura zewnętrzna Słońca: 5700 K.

37. 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

38. Aktywność magnetyczna Słońca:

• cykl słoneczny trwa 11 lat

• cykl wiekowy trwa 80-90 lat

• minima aktywności magnetycznej: Greckie, Egipskie, Schpoerera (1460-1550), Maundera (1645-1715)

• maksyma aktywności magnetycznej: Sumeryjskie, Rzymskie, Piramid, Stonehenge.

39. Promieniowanie elektromagnetyczne:

• gamma

• ultrafioletowe (0,1-0,4 μm)

• mikrofalowe

• radarowe

• radiowe

• podczerwone (od 0,8 μm)

• światło (0,4-0,8 μm)

• Słońce (0,1-4 μm).

40. Ciało doskonale czarne pochłania całkowite promieniowanie elektromagnetyczne, które na nie pada, niezależnie od temperatury tego ciała, kąta padania i widma padającego promieniowania.

41. Prawo Stefana-Boltzmanna:

E_o = σ T⁴

E_o - natężenie promieniowania ciała doskonale czarnego T - temperatura (w kelwinach) σ - stała

42. Prawo Wiena:

λ_max = b / T

λ_max - długość fali b - stała Wiena

43. 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

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

45. Albedo przykładowych powierzchni i obiektów:

• śnieg - 80-90%

• zbiorniki wodne - 2-59%

• roślinność - 20%

• obszary zurbanizowane - 10-30%

• Ziemia - 30%.

46. Promieniowanie efektywne to część promieniowania bezpowrotnie utracona w przestrzeń planetarną.

47. Udział gazów śladowych w naturalnym efekcie cieplarnianym:

• pierwsza opcja (ze względu na udział w ociepleniu klimatu na Ziemi o łącznej wartości 33^OC) - para wodna (21^OC), dwutlenek węgla (7), ozon (2), N₂O (1), metan (1), freony (<0,8)

• druga opcja (podniesienie temperatury o 1^OC w ciągu ostatnich 100 lat) - dwutlenek węgla (50%).

48. Bilans promieniowania powierzchni Ziemi:

Q + H + E + G + A = 0

Q - saldo promieniowania H - ciepło jawne (7%) E - ciepło utajone (23%)

G - strumień ciepła w gruncie A - ciepło antropogeniczne

49. Bilans promieniowania w ciągu roku:

• równik - >80 Wm²

• zwrotniki - 60-80 Wm²

• strefa podzwrotnikowa - 20-60 Wm²

• strefa umiarkowana - 0-20 Wm²

• strefa okołobiegunowa - <0 Wm².

50. Zmiany promieniowania:

• dobowe - w nocy promieniowanie długofalowe, w dzień również krótkofalowe

• roczne - nadwyżki w letniej połowie roku

• globalne (na kuli ziemskiej) - nadwyżka od 45^O strefy umiarkowanej.

51. Grupy modeli klimatycznych:

• bilansu cieplnego - wyrażają procesy przepływu promieniowania w atmosferze i wyrażają je jako funkcję średniej temperatury Ziemi na poziomie morza

• radiacyjno-konwekcyjne

• statystyczno-dynamiczne - uwzględniają dynamikę atmosfery uśrednioną według stref klimatycznych

• ogólnej cyrkulacji atmosfery - uwzględnienie trzech wymiarów atmosfery.

52. Cyrkulacja w obrębie komórki Hadleya (cyrkulacja pasatowa):

• ogrzewanie powietrza nad równikiem, zjawisko konwekcji, tworzenie się pasa niżu

• oziębienie unoszącego się powietrza, jego skraplanie, powstanie deszczy zenitalnych nad równikiem

• rozdzielenie się powietrza na dwa strumienie kierujące się ku wyższym szerokościom geograficznym (siła Coriolisa powoduje odchylenie powietrza ku wschodowi)

• powietrze ulega oziębieniu i opada na zwrotniki adiabatycznie się ocieplając

• nad zwrotnikami tworzą się ośrodki wyżowe

• odpływ powietrza w formie pasatu w kierunku równika

• ciepłe pasaty powodują wysokie temperatury i niskie sumy opadów w strefie międzyzwrotnikowej

• pasaty odchylają się w prawo na półkuli północnej i w lewo na południowej.

53. Cyrkulacja w obrębie komórki Ferrela (umiarkowane szerokości geograficzne):

• przemieszczanie się części powietrza opadającego na zwrotnikach w kierunku kół podbiegunowych (wiatry zachodnie)

• w pobliżu 60^o szerokości geograficznej cieplejsze masy z południa spotykają się z chłodniejszymi z północy

• na granicy polarnych frontów atmosferycznych masy cieplejsze wślizgują się na cieplejsze lub zimniejsze wypierają cieplejsze ku górze

• powietrze przemieszcza się w górnej warstwie troposfery ku zwrotnikom w postaci wiatrów wschodnich

• zróżnicowanie kierunków i prędkości wiatrów na półkuli północnej wynika z dużych różnic ciśnienia atmosferycznego, spowodowanego mieszaniem się ciepłych i zimnych mas powietrza

• na południowej półkuli ośrodki niskiego ciśnienia są trwalsze i silniejsze.

54. Cyrkulacja w obrębie komórki okołobiegunowej:

• na biegunach powstają ośrodki wyżowe (wskutek silnego wychłodzenia podłoża i małej ilości dostarczanego powietrza)

• w dolnej części troposfery powietrze przemieszcza się do niżów na froncie polarnym, gdzie unosi się ku górze.

• w górnych warstwach atmosfery powietrze rozdziela się na dwa strumienie, kierując się ku wyższym i niższym szerokościom geograficznym

• wiatry wiejące od biegunów odchylają się w kierunku wschodnim.

WYKŁAD 5.

55. Energia cieplna układu to suma energii ruchu wszystkich cząsteczek.

56. Temperatura bezwzględna powietrza to średnia energia kinetyczna cząsteczek.

57. Różne skale temperatury:

SKALA	ROK POWSTANIA	TEMP. TOPNIENIA	TEMP. WRZENIA
Fahrenheita	1710	32^OF	212^OF
Reaumura	1730	0^OR	80^OR
Celcjusza	1737	0^OC	100^OC

58. Temperatura obliczana w Polsce w stacjach klimatycznych:

t = t_max + t_min + t_07/08 + t_19/20 / 4

59. Amplituda roczna to różnica między średnią temperaturą miesiąca najcieplejszego i najchłodniejszego.

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

61. 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).

62. 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.

63. Produkty kondensacji:

• chmury

• zamglenia

• mgły

• osady atmosferyczne.

64. 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.

65. 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.

66. Podział mgieł ze względu na skalę widzialności:

• zamglenie - powyżej 1000 metrów

• słaba - 500-1000 metrów

• umiarkowana - 200-500 metrów

• gęsta - 50-200 metrów

• bardzo gęsta - poniżej 50 metrów.

67. Chmura jest widzialnym zbiorem małych kropelek wody lub kryształków lub też kropelek wody i kryształków lodu jednocześnie zawieszonych w swobodnej atmosferze.

68. Skala zachmurzenia:

• 0 - niebo bez chmur

• 1-3 - zachmurzenie małe

• 4-5 - zachmurzenie umiarkowane

• 6-7 - zachmurzenie duże

• 8 - zachmurzenie całkowite

• 9 - niebo niewidoczne.

69. Rodzaje chmur ze względu na skład:

• wodne - słabe opady mżawki

• lodowe - słabe opady mżawki

• mieszane (niejednorodne) - dają duże opady.

70. Typy chmur:

• Cirrus (Ci - pierzaste) - piętro wysokie, nie wywołują opadów, bardzo cienkie, zbudowane z kryształków lodu

• Cirrocumulus (Cc - pierzasto-kłębiasto) - piętro wysokie, nie wywołują opadów, białe kłębki, zbudowane z kryształków lodu, cienkie

• Cirrostratus (Cs - pierzasto-warstwowe) - piętro wysokie, nie wywołują opadów, zbudowane z kryształków lodu, pojedyncze elementy o barwie białej lub bladoniebieskiej

• Altocumulus (Ac - średnie kłębiaste) - piętro średnie, nie wywołują opadów, silnie poszarpane, zbudowane głównie z kropelek wody, białe lub jasnoszare

• Altostratus (As - średnie warstwowe) - piętro średnie, wywołują opady deszczu i śniegu, niebieskawe lub szare, prawie zawsze zbudowane jednocześnie z wody i z lodu

• 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, zbudowane z przechłodzonych kropelek wody

• Stratus (St - warstwowe) - piętro dolne, opady w postaci śniegu, mżawki, niskie i szare, zbudowane z małych kryształków lodu

• Cumulus (Cu - kłębiaste) - budowa pionowa, niewielkie opady w postaci deszczu, składają się głównie z wody (z lodu w górnych warstwach)

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

71. Zjawiska szczególne:

• arcus (wał chmur)

• virga

• Mamma - wypukłości albo worki pod spodem chmury, powstają w wyniku konwekcji odwróconej

• Incus - chmura kłębiasta napotyka na warstwę inwersyjną

• tuba - kolumna lub lejek wychodzący z chmury w stronę powierzchni Ziemi

• smugi kondensacyjne - w wyniku przelotu samolotu (Cirrus tractus)

• chmury prądu strumieniowego - na styku frontów głównych tworzą się chmury w postaci fal

• prześwity poopadowe - otwory o regularnych kształtach.

72. Zjawiska optyczne:

• halo - wokół Słońca lub księżyca, pierścienie na chmurach najwyższych

• tęcza - w wyniku przelotnych opadów, załamanie światła słonecznego na kropelkach deszczu

• iryzacja - pastelowe barwy obłoków

• łuk horyzontalny

• słup świetlny.

73. 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.

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

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

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

77. 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.

78. Klasyfikacja ulew i deszczów nawalnych według K. Chomicza:

• najsilniejsze deszcze nawalne (w pół godziny opady dochodzące do 140 mm)

• bardzo silne deszcze nawalne (w godzinę 120 mm)

• deszcze nawalne (w godzinę 60 mm)

• silne ulewy (w godzinę 30 mm)

• ulewy (w godzinę 20 mm)

• silne deszcze (w godzinę 5 mm).

79. 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.

80. Równoważnik wody w śniegu to grubość warstwy wody (w milimetrach) zawartej w warstwie śniegu o długości 1 centymetra.

81. Zapas wody w śniegu to całkowita grubość warstwy wody (w milimetrach) zawartej w pokrywie śnieżnej.

82. Opady atmosferyczne z uwzględnieniem chmur, z których powstają:

Opad	Ci	Cc	Cs	Ac	As	Ns	St	Sc	Cu	Cb
deszcz
mżawka
śnieg
krupa śnieżna
śnieg ziarnisty
ziarna lodowe
grad
słupki lodowe

83. Wezbranie to wzrost poziomu wody w rzece, jeziorze lub morzu.

84. Powódź to wezbranie w ciekach i zbiornikach, podczas którego woda po przekroczeniu stanu brzegowego zalewa doliny rzeczne lub tereny depresyjne i powoduje zagrożenie dla ludności.

85. Typy powodzi ze względu na ich przyczyny:

• opadowe (nawalne - lokalne, rozlewne - na dużych obszarach)

• roztopowe

• zimowe

• sztormowe.

86. Typy powodzi ze względu na ich wielkość:

• małe - lokalne podtopienia

• średnie - regionalne powodzie

• duże - krajowe powodzie.

87. Największe powodzie w Polsce:

• sierpień 2010 - Bogatynia

• maj/czerwiec 2010 - zagrożenie na Odrze (powódź w Europie), w czerwcu również na Wiśle

• czerwiec 2009 - południe Polski

• lipiec 2008 - południe Polski

• 1997 - powódź tysiąclecia.

88. Opady nawalne w Polsce w 2010 roku:

• 24.05 - Olsztyn

• 06.06 - Warszawa, Kraków, Łódź, Lublin

• 18.07 - Tarnobrzeg

• 15.08 - Warszawa.

WYKŁAD 6.

89. Cechy fizyczne wyróżniające pokrywę śnieżną spośród innych powierzchni Ziemi:

• duże albedo

• mały współczynnik przewodnictwa cieplnego

• duża zdolność emisyjna

• utajone ciepło topnienia.

90. Hydrologiczne znaczenie śniegu:

• retencjonowanie wody

• znaczenie ekonomiczne - transport, budownictwo, rolnictwo, turystyka.

91. 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)

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

93. Powierzchnie izobaryczne to powierzchnie o jednakowych wartościach ciśnienia.

94. Przybliżone położenie standardowych powierzchni izobarycznych:

• 1000 hPa - 111 metrów n.p.m.

• 900 hPa - 988 metrów n.p.m.

• 800 hPa - 1949 metrów n.p.m.

• 700 hPa - 3012 metrów n.p.m.

• 500 hPa - 5574 metrów n.p.m.

• 0 hPa - 20576 metrów n.p.m.

95. Izobary to linie łączące punkty o jednakowych wartościach ciśnienia atmosferycznego.

96. 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.

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

98. Rozkład ciśnienia:

• zima - układ wyżowy - Azja, układ niżowy - Ameryka Południowa, Australia, Afryka

• lato - układ wyżowy - wyż Hawajski, szerokości zwrotnikowe i podzwrotnikowe, układ niżowy - Azja, Ameryka Północna, niż Islandzki.

99. Wiatr to ruch powietrza o przeważającej składowej poziomej.

100. 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.

101. 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).

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

103. Rodzaje wiatrów:

• stałe - pasaty

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

104. 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.

105. 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.

106. 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.

107. Bora:

• spływ chłodnego powietrza z lądu w kierunku morza

• nabieranie przez powietrze ogromnych prędkości

• występowanie: Francja, Bałkany.

108. 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.

WYKŁAD 7.

108. Synoptyka to dział zajmujący się analizą stanów pogodowych na danym obszarze i przewidywaniem zmian.

109. Masa powietrza to duża objętość powietrza o specyficznych właściwościach fizycznych i chemicznych (wilgotność powietrza, zanieczyszczenie powietrza).

110. Masy powietrza:

• powietrze arktyczne lub antarktyczne

• powietrze polarne

• powietrze zwrotnikowe

• powietrze równikowe.

111. Charakterystyka powietrza arktycznego morskiego:

• zachodnia część obszaru za kręgiem polarnym

• nadpływa na północny Atlantyk i Europę, północną część Morza Beringa

• nadpływa na północną część Pacyfiku

• w obszarze źródłowym równowaga stała, przy ruchu nad morzem staje się chwiejna

• latem rozwój Cumulusów i Cumulonimbusów.

112. Charakterystyka powietrza równikowego:

• równikowa strefa obniżonego ciśnienia

• równowaga chwiejna

• latem i zimą - skrajnie gwałtowny rozwój chmur burzowych.

113. 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.

114. 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.

115. 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).

116. Biały szkwał to zjawisko powstające w momencie załamania chmury burzowej na skutek osiągnięcia przez nią temperatury równej bądź niższej od temperatury otoczenia. Charakteryzuje się potężnym wiatrem i gwałtownymi opadami o charakterze przelotnym.

117. Cyklon tropikalny to głęboki ośrodek niskiego ciśnienia tworzący się na morzach strefy międzyzwrotnikowej, o średnicy kilkuset kilometrów, z bardzo silnymi wiatrami, burzami i ulewami. W środku cyklonu znajduje się obszar bezchmurny o bardzo niskim ciśnieniu - „oko cyklonu”.

118. Czynniki wpływające na formowanie się cyklonów tropikalnych:

• temperatura wody powyżej 26^OC (gradient mniejszy od 4^OC do głębokości 70 metrów)

• obecność płytkich niżów lub zatoki niskiego ciśnienia wewnątrz warstwy wilgotnego i ciepłego powietrza

• mały gradient pionowy wiatru

• odległość od równika powyżej 500 kilometrów.

119. Geneza cyklonów tropikalnych:

• konwergencja

• konwekcja

• oddziaływanie wyższych warstw troposfery na warstwy położone niżej.

120. Fazy rozwoju cyklonów:

• depresja tropikalna - pojawienie się strefy obniżonego ciśnienia, kompleks chmur burzowych, napływ powietrza

• sztorm tropikalny - prędkość wiatru powyżej 64 km/h, bardziej zorganizowany ruch powietrza

• dojrzały cyklon tropikalny - prędkość wiatru powyżej 119 km/h, pojawienie się „oka” cyklonu.

121. Występowanie cyklonów:

• 30% - Azja Południowo-Wschodnia

• 23% - Ameryka Środkowa

• 11% - Australia Wschodnia.

WYKŁAD 8.

122. Historia poznania klimatu Ziemi:

• Pitagoras, Arystoteles - wydzielenie 5 stref świata

• Hipparch - użył słowa klimat

• XV-XVII wiek - odkrycia geograficzne, od XVIII wieku rozwój meteorologii synoptycznej

• XIX wiek - botanicy dokonali pierwszych podziałów klimatycznych

• 1817 - A. von Humboldt - obraz rozmieszczenia roślin w zależności od klimatu

• 1855 - de Cardolle - podział na strefy roślinne, zależne od temperatury (5 grup - np. strefy gorącej, zimnej, umiarkowanej, suchej)

• 1872 - Giesenbach - pierwsza mapa prowincji klimatycznych (od nazw geograficznych)

• 1884 - Supan - jednostki roślinne, jednostki indywidualne (brak podobieństwa między klimatami na różnych kontynentach)

• 1899 - Köppen - wprowadzenie pojęcia typu klimatu (odkrycie podobieństwa między klimatami różnych obszarów, ustalenie przyczyn).

123. Region klimatyczny to obszar, który charakteryzuje się względnie jednorodnym klimatem, określonym na podstawie specjalnych kryteriów.

124. Kryteria wydzielania regionów klimatycznych:

• genetyczne - bilans promieniowania, procesy cyrkulacyjne

• opisowe - rozkład czasowy i przestrzenny elementów klimatu

• krajobrazowe - podobieństwo krajobrazów.

125. Struktura podziału klimatycznego:

• jednostki 1. rzędu - strefy klimatyczne (obecność mas powietrza, szerokość geograficzna, zależność wymiany ciepła i wody między atmosferą a powierzchnią Ziemi)

• jednostki niższego rzędu - obszary klimatyczne (promieniowanie, obieg wody)

• jednostki najniższego rzędu - pod wpływem cech fizycznogeograficznych danego obszaru

• obszary górskie - wysokość nad poziomem morza.

126. Podział stref klimatycznych:

• według Okołowicza - tradycyjny (strefy równikowa, zwrotnikowa, podzwrotnikowa, umiarkowana, okołobiegunowa)

• według Alisowa - strefy z podziału tradycyjnego Okołowicza (okołobiegunowa jako antarktyczna lub arktyczna) oraz podrównikowa, subarktyczna lub subantarktyczna

• według Berga - podział według krajobrazów, formacji roślinnej (strefy tajgi, tundry, stepów)

• według Gorczyńskiego - stopień suchości klimatu (wskaźnik Gorczyńskiego to kompilacja wskaźnika kontynentalizmu i tzw. dzielnika opadowego, W_s = C · A · P, gdzie C to współczynnik, A - amplituda temperatury, P - wartość opadów)

• według Köppena - podział według kryterium opisowego.

127. Strefy klimatyczne według Köppena:

• A - międzyzwrotnikowe klimaty deszczowe

• Af, Am - wilgotnych lasów

• Aw - sawann

• B - klimaty suche

• BS - stepów

• BW - pustyń

• C - klimaty wilgotne, umiarkowane ciepłe

• Cs - śródziemnomorski lub podrównikowy suchy latem

• Ca - wilgotny podrównikowy

• Cb, Cc - wybrzeży zachodnich

• D - klimaty wilgotne chłodne

• Da - wilgotny kontynentalny ciepły latem

• Db - wilgotny kontynentalny chłodny latem

• Dc, Dd - subpolarny

• E - klimaty polarne

• ET - tundry

• EF - czasz lodowych

• H - klimaty górskie.

---