Wykład 1
Meteorologia – jest to nauka- bada stany atmosfery i zachodzące w nich zmiany, poszukuje przyczyn tych zmian i wyjaśnia je, zajmuje się prawidłościami rządzącymi ich przebiegiem.
Bada procesy fizyczne zachodzące w atmosferze w oparciu o prawa fizyki. Na szeroką skalę stosuje się w meteorologii badania instrumentalne.
Pogoda to aktualny stan atmosfery wyrażony przez określone wartości elementów meteorologicznych i zjawisk atmosferycznych. To stan zjawisk oraz parametrów atmosfery w danym miejscu i chwili.
Klimat to charakterystyczny dla danego obszaru zespołu i procesów atmosfery kształtujących się pod wpływem właściwości fizycznych i geograficznych tego obszaru określany na podstawie wyników wieloletnich obserwacji.
Klimat w odróżnieniu od pogody, jest długookresową charakterystyczną dla stanów atmosfery.
Klimat to okres 30m lat. Bioklimat 10 lat.
Klimatologia to nauka o klimacie.
Zajmuje się:
-procesy klimatotwórcze
-wpływ czynników geograficznych na przebieg tych procesów
-opisywanie i klasyfikacja klimatów kuli ziemskiej
-zmiany klimatyczne w dziejach Ziemi.
Wykład 2
Atmosfera jako składnik środowiska naturalnego – budowa atmosfery
Powietrze, woda i gleba stanowią podstawy życia na Ziemi. Stanowią one zasoby naturalne.
W wyniku procesów promieniowania człowiek jest w pewnym stopniu uzależniony także od górnych warstw atmosfery i od Słońca.
Pogoda- chwilowy stan atmosfert opisywany przez wielkości fizyczne: temp powietrza, ciśnienie atmosf, wilgotność, natężenie promieniowania słonecznego, prędkość i kierunek wiatru, zachmurzenie i rodzaj chmur, opady itd.
Klimat –charakterystyczny dla danego obszaru przebieg warunków atmosferycznych określony na podstawie minimum 30 –letnich obserwacji.
Klimat to pojecie statystyczne i bardziej złożone. Zdefiniowany jest przez pojęcia statystyczne a nie tylko przez wartości średnie. Wielkościami tymi są:
-wariancja (miara odchylenia od wartości średniej odchylenia standartowe)
-kwantyle (np. prawdopodobieństwo, ze średnia temp stycznia 2018 roku będzie niższa niż -4
-prawdopodobieństwo
Klimat na Ziemi kształtują:
-trzy podstawowe procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, obieg wody i krążenie powietrzne
-czynniki geograficzne: ukl lądów i oceanów, wysokość n.p.m.
Dwa podstawowe pojęcia opisują atmosferę z 2 punktów widzenia, są to:
-pogoda, klimat.
Przez pojęcie pogody rozumie się stan atmosfery o określonym czasie.
W/m2 – jednostka natężenia promieniowania
Anomalie –czyli odchylenie od wartości średniej (przeciętnej). To pojecie stosowane często w klimatologii do analizy zmienności warunków pogodowych.
Czy anomalie pogodowe świadczą o zmianach klimatu?
-Nie, gdyż anomalie są naturalnie związane z klimatem.
-Dopiero, gdy anomalia utrzymuje się prze ok. 30 lat może świadczyć o zmianach klimatu.
System klimatyczny to złożony układ składający się z 5 elementów:
-atmosfera
-hydrosfera
-kriosfera
-biosfera
-powierzchnia Ziemi, w którym zachodzą interakcje
System klimatyczny jest pod wpływem wewnętrznej dynamiki oraz zewnętrznych zaburzeń (aktywności Słońca).
Procesy klimatyczne to procesy fizyczne zachodzące w systemie klimatycznym prowadzące do zmian klimatu.
Najczęściej zalicza się do nich obieg energii, cykl hydrologiczny oraz cyrkulację powietrza.
Determinują one zarówno naturalne i antropogeniczne zmiany w systemie klimatycznym.
Skład systemu klimatycznego
Wody występujące na Ziemi nazywane są hydrosferą.
Do hydrosfery prócz oceanów zalicza się rzeki, morza, jeziora, lodowce, parę wodna, wody podziemne czy bagna.
Oceany regulują klimat planety, gdyż gromadzą w sobie ciepło. Wewnątrz nich krążą prądy, które dzielą się na zimne i ciągłe – dzięki jednemu z nich, Golfsztromowi w Europie jest przystępny klimat.
Deterministyczny i stochastyczny opis zjawisk meteorologicznych
Atmosfera wraz z hydrosferą stanowią układ dynamiczny opisywany przez nieliniowe równanie różniczkowe.
Okazuje się, ze niewielkie zaburzenie warunków początkowych powoduje rosnące wykładniczo z czasem zmiany w zachowaniu układu.
Popularnie nazywane jest to efektem motyla- znikoma różnica na jakimś etapie może po duższym czasie urosnąć do dowolnie dużych rozmiarów.
Powoduje to mimo, ze model jest deterministyczną w dłuższej skali czasowej wydaje się zachowywać w sposób losowy.
Edward Lorena w roku 1960 pracował nad komputerowym prognozowaniem pogody.
Różnica na wejściu programu rzędu 10-4 (0,000127) okazała się bardzo znacząca na wyjściu. Takie zachowanie jakiegoś ukl nazywa się wrażliwością na warunki początkowe lub efektem motyla.
„Dowolny ukł fiz, który zachowuje się nieokresowo jest nieprzewidywalny”
Model deterministyczny – wykorzystuje się tu zwykła ekstrapolację szeregu dynamicznego, bez nadawania zjawiskom i zdarzeniom sensu.
Model stochastyczny – oprócz wpływu poszczególnych zmiennych objaśniających bada się również wpływ zakłóceń losowych, których nie można traktować jak przyczyn głównych.
Przewidywalność zjawisk
Aby móc przewidywać należy znać:
-ogólne prawa ruchu
-działające siły
-warunki początkowe (lub brzegowe)
Warunki początkowe znamy zawsze ze skończoną dokładnością (pomiary).
Liniowość równań mechaniki klasycznej – dokładność przewidywań jest wprost proporcjonalna do dokładności pomiaru.
Czy możemy przewidywać zmiany klimatyczne gdy nie potrafimy przewidzieć pogody na klika tygodni na przód ?
Modele klimatu maja bardzo podobną strukturę do modeli prognozujących pogodę na kuli ziemskiej, ale są od nich różne.
W prognozie pogody symulacje są dosyć krótkie – maksymalnie kilka dni.
Modele prognozy są robione zazwyczaj na znacznej gęstszej siatce.
Mimo, że prognozy numeryczne pogody po kilku dniach tracą dokładność to nie znaczy, ze stymulacje klimatu są niedokładne. Dzieje się tak dlatego, ponieważ w problemie klimatu istotne są wartości statyczne (średnie).
Wykład 3
Budowa atmosfery
Atmosfera ziemska to zewnętrzna gazowa powłoka Ziemi.
Zbudowana z mieszaniny gazów zwanej powietrzem oraz drobnych cząstek stałych i ciekłych unoszących się w powietrzu.
Do aerozoli zaliczamy:
Pyły wulkaniczne, mikroorganizmy, kropelki wody, zarodniki roślin, zanieczyszczenia pyłowe emitowane przez człowieka
Atmosfera jest to powłoka powietrza otaczająca kulę ziemską.
Wzrost wysokości atmosfery nad równikiem w stosunku do biegunów.
Czy możemy dostrzec atmosferę z kosmosu?
-bezpośrednio
-pośrednio
Atmosfera:
-Troposfera 0,12 km
*tropopauza 1-2km
-Stratosfera 11-40km
*Stratopauza 5km
-Mezosfera 40-80km
*menopauza
-Termosfera 80-800km
-Egzosfera ponad 800km
Pionowy podział atmosfery ziemskiej według warstw!!!
W 1961r. została przyjęta uchwała Komisji Aerologicznej Światowej Organizacji Meteorologicznej o podziale na warstwy wg temp i wysokości)
W troposferze tworzą się chmury, występują opady, mgły, burze, powstaje w niej oblodzenie.
Atmosfera
-masę 5,3*1015t
-połowa całej masy atmosfery mieści się w warstwie od pow. Ziemi do 5,5km
-75% do 10,5km
-90% do 20km
-99% do 35km
-gdyby sprężyć atmosferę 7,8km !!!! Masa atmosfery znajdującej się powyżej 100km od Ziemi stanowi jedna milionową masy całej atmosfery ziemskiej.
Skład atmosferyczny (do 100km) gazy stałe.
Azot 78,08%
Tlen 21%
Argon 0,9%
Pionowa stratyfikacja atmosfery
Parametry powietrza atmosferycznego ulegają zmianie wraz z oddaleniem się od powierzchni Ziemi!!
-w wypadku ciśnienia atmosfery zmiany maja charakter liniowy
-zmiany temp zachodzą skokowo w pionowym przekroju atmosfery. Czynnik ten, majacy wpływ na zróżnicowanie procesy fizykochemiczne, doprowadził do powstania warstwowej struktury atmosfery w jej pionowym przekroju.
Budowa atmosfery
- granica do 100km to homosfera (stały sklad chem, za wyjątkiem pary wodnej)
-warstwa powyżej 100km – heterosfera, zmienny skład chemiczny gazów atmosferycznych)
Troposfera do 10-12km
Spadek temp 0,6 C/100km
Max temp -55C do 80C równik
99% pary wodnej
Maleje ciśnienie
Najbliżej Ziemi znajduje się troposfera. Jej nazwa pochodzi z języka greckiego.
Powietrze w niej podległa ciągłej cyrkulacji.
Grubość troposfery zależy od szerokości geograficznej i pory roku !!!
-Troposfera jest najgrubsza nad obszarami równikowymi (do 18km), najcieńsza nad biegunami (7km).
Powoduje to siła odśrodkowa powstająca w trakcie ruchu obrotowego Ziemii!!!
-Zależność grubości troposfery od pory roku polega na tym, że wraz ze wzrostem temp. Troposfera zwiększa swoją objętość!!!
-Na wiosnę i jesienią troposfera jest najgrubsza nad równikiem. W takcie naszego lata, kiedy promienie słoneczne bardziej oświetlają półkule północną, to właśnie tam znajduje się najgrubsza warstwa troposfery.
Sytuacja zmienia się podczas astronomicznej zimy. Troposfera jest wtedy najgrubsza nad półkulą południową!!!!
-Najbardziej charak cechą tej warstwy jest spadek temp i wilgotności powietrza wraz z wysokością!!!
-Sytuację, w której wraz ze wzrostem wysokości rośnie temp, nazwana inwersją termiczną.
-W troposferze temp, zmienia się wraz z wysokością średnio o 0,6 C/100. Wskaźnik ten może się jednak wahać w zakresie od 0,4C/100m do 1C/100m. Zależy od zawartości pary wodnej w powietrzu.
Tropopauza 1 do 2km
-temp przestaje spadać i się stabilizuje, to tropopauza- granica troposfer
-wieją prądy strumieniowe
Stratosfera
Temp wzrasta wraz z wys do 0C
-Jej dolna część jest zimna (temp jest tam niska od 45C -75C i wzrasta nieznacznie)
-W ciepłej warstwie tworzy się ozon O3. Ozon powstaje w wyniku reakcji, podlegającej na rozbiciu dwuatomowej cząst. tlenu przez fotony światła. Proces ten – fotodysocjacja – to reakcja, w której pochłoniecie fotonu prowadzi do rozpadu cząsteczki pochłaniającej: O2 + foton >2O.
Dalej ze względu na wysoką reaktywność tlenu w postaci atomowej, dochodzi do kolejnej reakcji: O+O2>O3. Jest to typowa reakcja egzotermiczna, w trakcie której zostaje wydzielone ciepło. I właśnie powstanie O3 stanowi przyczynę wzrostu temp w górnej części stratosfery. Warstwa ozonosfera.
-W zimie w stratosferze powstają chmury perłowe (obłoki iryzujące). Są to chmury zbudowane z bardzo drobnych kryształów lodu. Widoczne są jedynie w nocy kiedy oświetla je słońce ukryte za horyzontem.
Mezosfera40-80 (85)km
-Szybki spadek temp powietrza spada nawet do -90 (-120)
-Ciśnienie atmosferyczne wynosi 1hPa.
-Silna turbulencja cząst powietrza.
-Nie zachodzą żadne reakcje egzotermiczne, ponieważ od Ziemi – źródło ciepła – jest daleko !!!
-W górnych warstwach mezosfery z drobnych kryształów lodu tworzą się chmury srebrzyste (obłoki mezosferyczne)!!
Termosfera 500-600km
-Temp rośnie wraz z wysokością i w górnej części osiąga wartości wyższe nić 1500C.
Przyczyną jest pochłanianie promieniowania słonecznego przez tlen atomowy.
Jej dolna częścią jest jonosfera, której zachodzi znaczący wzrost temp.
Wydzielanie ciepła w jonosferze spowodowane jest działaniem promieni ultrafioletowych, które jonizują gazy atm. Temp dochodzą 1000C!!!
-Naelektryzowane cząsteczki air odbiją fale radiowe – umożliwiają łączność radiową miedzy miejscami bardzo odległymi od siebie!!!
Oddziaływanie wiatru słonecznego na jony powietrza tworzy (ok. 100km) zjawisko zorzy polarnej.
Egzosfera
-najbardziej zewnętrzna warstwa atmosfery ziemskiej skł się H i He.
-Następuje tu wymiana materii miedzy Ziemia a przestrzenia kosmiczna (ząst. Powietrza osiągają duże prędkości i mogą ulatywać w kosmos).
-Temp spada do bliskiej zera bezwzględnego. (-273C)
HYDROSFERA
Hydrosfera –jedna z geosfer. Ogół wód na wody podziemne, powierzchniowe wraz z rzekami, jeziorami, lodowcami, morzami i oceanami, atak ze parą wodną w powietrzu.
Hydrosfera: oceanosfera, wody wyst na ladach
-wody słone, 97,5%
-słodka woda to 25%
-2/3 wody słodkiej skoncentrowane jest w lodowcach, trwałej pokrywie śnieżnej i wiecznej zmarzlinie
-pozostała część wody słodkiej przypada na wody podziemne, jeziora i rzeki.
Oceany
- wody słone to głównie oceany
-70% pow. Ziemi, na półkuli poł 81), północnej 61%
Śr głębokość to 3711m
-średnie zasolenie wód wynosi ok. 35% i waha się w granicach: 34,5% w okolicach równika, 38% strefie zwrotnikowej.
Różnice pomiędzy oceanem a atmosferą
-woda ma ok. 4 większą pojemność cieplną
- masa całej atmosfery jest równoważna ok. 10-ciu m warstwie wody!!!
-Atmosfera podgrzewana jest (przez promieniowanie słoneczne) od dołu (od pow. Ziemi) podczas gdy woda podgrzewana jest od góry. Ma to znaczenie dla rozwoju konwekcji.
Wymiana:
-energii
-pędu
-pary wodnej
-CO2
-soli morskiej
Wykład 4
Opis stanów atmosfery
Pogoda jest chwilowym stanem atmosfery na danym obszarze.
Układ powiązanych ze sobą składników, zw. elementami meteorologicznymi, opisuje stan atmosfery!!!
Elementy meteorologiczne:
-temp i wilgotność powietrza
-zachmurzenie
-opady i osady atmosferyczne
-ciśnienie atmosferyczne i wiatr
Rzetelny opis pogody zawiera najważniejsze elementy meteorologiczne. Potocznie pogode okreslamy mniej szczegółowo!!!
Temperatura określa stopień nagrzania ciała. Jest ona miarą ruchu cieplnego molekuł. Im wyższa temp, tym ruch molekuł jest szybszy. Temp określa zdolność subst do przekazywania ciepła. Skalę temp się 1 lub 2 stałe punkty termometryczne.
Najbardziej znaną skalę temp zaproponował w 1742 Anders Celsujsz (1701-1744).
Za dwa punkty termometryczne przyjął 0 i 100 temp topnienia lodu (0C) temp wrzenia (100C).
Zakres miedzy punktami został podzielony na 100 części, jedna podziałka odp 1C.
W Stanach Zjednoczonych używa się skali Fahrenheita (F), w której zamarzania wody odpowiada 32F, a punkt jej wrzenia 212F. Odstęp miedzy tymi punktami został podzielony na 180 części.
Obecnie 32F=OC 212F=100C
W badaniach naukowych potrzebna była jednak bardziej precyzyjna i bezwzględna skała.
W Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar Si przyjęto skalę Kelvina. Ma ona jeden punkt termometryczny, którym jest temp zera bezwzględnego (najniższa możliwa temp, w której zanikają ruchy molekuł), 0K odpowiada -273,15C.
William Thomson, 1 Baron Kelvin na jego 1K=1C część jednostką pods temp w ukł SI naz Kelvinem.
W przeciwieństwie do skali Celsujsza, w skali Kelvina nie używa się pojęcia „stopień”, tj. temp 100 stopni Celsjusza to 373,15 kelvinów.
Ciśnienie atmosferyczne to ciężar warstwy powietrza znajdującego się nad jednostka powierzchnią.
Ciśnienie normalne na poziomie morza, w temp 0C, na 45 szerokości geograficznej północnej równoważy słup rtęci o przekroju 1cm2 i wysokości 760mm.
Jednostka ciśnienia atmosferycznego to paskal (Pa) Wyraża się je w (1hPa =100Pa).
Zależność pomiędzy starszą a nowszą jednostką jest następująca: 750 mm Hg=1000hPa.
A zatem ciśnienie normalne na poziomie morza wynosi 1013,25hPa!!!!
Wilgotność powietrza oznacza zawartość pary wodnej w powietrzu i określa się ja za pomocą kilku wskaźników.
Procentowy udział pary wodnej, znajdującej się w powietrzu w danej temp pokazuje wilgotność bezwzględną.
Powietrze nasycone, czyli zawierające maksymalna ilość pary wodnej w danej temp, ma wilgotność względna równą 100%.
Wartość 50% oznacza, że w powietrzu w określonej temp zmieściłoby się 2 razy więcej pary wodnej.
Zachmurzenie – stopień pokrycia nieba przez chmury.
Określa się w sposób wizualny, w skali 11-stopniowej (O brak chmur, 10 niebo całkowicie zachmurzone). Stosowana skala jest 9 stopniowa.
Opady i osady atmosferyczne
Opady ze względu na czas trwania mogą być ciągłe i przelotne. Ich wielkość podaje się w milimetrach (mm), oznaczających wysokość warstwy wody pozostałej po opadzie.
Wiatr – ważny element to kierunek i prędkość wiatru. Określa się go w stopniach miary kątowej lub według róży wiatrów!!!
Prędkość wiatru oznacza drogę, jaką pokonują cząst. powietrza w jednostce czasu.
Najczęściej podaje się ją w m/s lub km/godz (w żegludze używa się węzłów, czyli mil morskich na godz).
Na morzu najpopularniejsza jest skala ułożona w 1806 roku przez admirała floty angielskiej – Beauforta.
Początkowo służyła do określania siły wiatru na podstawie stanu morza (skala 10). Dzisiaj ta skala obejmuje nie tylko morza, lecz również prędkość wiatru 12stopni !!!
Róża wiatru
Kierunek wiatru- określa się przez podanie strony świata z której on wieje określa się po stopniach miary kątowej lub według róży wiatrów!!!
N- north, północ E-east – wschód, S-south, W- west
Siła wiatru
Parcie przemieszczające się cząst powietrza na napotkaną przeszkodę i wyraża się w (kg/m2)
Zależy ona nie tylko od prędkości, ale i od gęstości powietrza
Skala Beauforta
Służy do opisywania intensywności wiatru, opartego głównie na stanie morza i rodzaju fal. Na podstawie zachowania obiektów na lądzie.
Usłonecznienie to rzeczywista l.godz podczas których na określone miesiące na pow Ziemi pada promieniowanie dochodzące bezpośrednio od Słońca!!!
Zależy od dł.dnia i od stopnia zachmurzenia.
Nasłonecznienie (insolacja) wyraża ilość energii promieniowania pochodzącego ze Słońca, które dociera do pow Ziemii!!!
Z insolacją mamy doczynienia nawet wtedy, kiedy dzień jest pochmurny.
Zależy ono od wys słońca, zachmurzenia, przeźroczystości, atmosfery i ekspozycji powierzchni.
Przestrzenna skala klimatu
Analizując klimaty Ziemi, można opisywać ich przestrzenne rozmieszczenie w kategoriach stref klimatycznych. Można również w ich obrębie wyróżnić jednostki niższego rzędu. Podział taki związany jest z wielkością przestrzeni opisywanej przez warunki klimatyczne.
Wykład 5
WODA W STREFIE SATURACJI
W poziomie wodonośnym woda porusza się w kierunku zgodnym z nachyleniem zwierciadła !!
W niektórych strukturach ruch wody odbywa się pod wpływem różnicy ciśnień hydrostatycznych!!!
Nie wszystkie wody w strefie saturacji są w ruchu, pewna ich część, np. w zagłębiach podścielających, może znajdować się w stanie bezruchu.
Woda w strefie saturacji
W utworach wodonośnych, które zawierają wodę podziemną znajdującą się w ruchu, można wydzielić 3 strefy poziome:
-zasilania
-spływu
-drenażu.
Strefa zasilania- obszar, na którym warstwa wodonośna na powierzchnię terenu i gdzie następuje przesiąkanie (infiltracja) wód opadowych lub powierzchniowych ( z rzek i jezior). Zasilanie może, pochodzić z dopływu, wód podziemnych z niżej położonych poziomów wodonośnych charak cecha tej strefy jest pionowy ruch wód:
Od powierzchni do podstawy warstwy wodonośnej.
Strefa spływu obejmuje część warstwy wodonośnej, w której woda przemieszcza się od strefy drenażu, nie ulegając przy tym zmianom ilościowym. Cechą charak tej strefy jest poziomy ruch wody.
Strefa drenażu jest ta część warstwy wodonośnej, gdzie następuje całkowity lub częściowy odpływ wód podziemnych do sieci powierzchniowej.
Wody podziemne, które zasilają powierzchniowe obiekty hydrograficzne noszą nazwę potamicznych.
Wody podziemne, które nie mają kontaktu hydraulicznego z obiektami hydrograficznymi są naz. apotamicznymi.
Rodzaje wód podziemnych:
Ze względu na charakter zwierciadła wody podziemne dzielimy na wody:
-zwierciadle swobodnym – zw. freatycznym lub swobodnym
-wody o zwierciadle napiętym – zw. Naporowymi, napiętymi wodami pod ciśnieniem
Wody naporowe mogą być wodami:
-ortezyjskimi – gdzie wznos ich zwierciadła sięga powierzchni terenu
-subartyzejskimi
Rodzaje wód podziemnych:
Zwierciadło wód podziemnych może być swobodne (wolne), gdy kształtują się pod wpływem ciśnienia atmosferycznego. Jest wówczas nad nim strefa aeracji.
Zwierciadło wód podziemnych może być napięte, pozostaje pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego jest ono wymuszone sągiem nadległej, wyżej leżącej warstwy nieprzepuszczalnej.
Ze względu na wysokość występowania:
-wody przypowierzchniowe
-wody gruntowe
-wody wgłębne
-wody głębionowe
Wody przypowierzchniowe (tzw. hipotermiczne) SA to wody podziemne, które występują na bardzo małych głębokościach od powierzchni terenu.
Wody gruntowe (tzw. freatyczne) są oddzielone od powierzchni terenu mniej lub bardziej miąższą strefą aeracji. Wody te są bezpośrednio zasilane przez wody gradowe i powierzchniowe.
Wody te nie podlegają zmianom temp w ciągu doby. Temp się zmienia w zależności od pór roku. Wody te wykorzystywane są w studniach.
Wody wgłębne – są to wody podziemne, które występują w warstwach wodonośnych przykrytych skalami trudno przepuszczalnymi.
Zasilanie wód odbywa się drogą infiltracji opadów atmosferycznych w wychodniach warstw wodonośnych lub pośrednio przez szczeliny uskokowe.
Wody wgłębne
-zwierciadło ich jest na ogół napięte
-są to zatem zwykłe wody pod ciśnieniem (wody naporowe)
-jeśli wznos zwierciadła sięga powierzchni terenu, mówimy, że są to wody artezyjskie.
-jeżeli jej nie osiąga, to wody subartezyjskie, to wody o niższym ciśnieniu hydrostatycznym.
Wody głębinowe – to wody podziemne znajdujące się głęboko pod powierzchnią Ziemie i są od niej całkowicie odizolowane kompleksami utworów nieprzepuszczalnych, są to na ogół wody reliktowe.
Nie biorą one udziału w krążeniu wód ( w cyklu hydrologicznym). Są to wody nieodnawialne!!!
Ze względu na rodzaj skał:
-wody warstwowe (porowe)
-wody szczelinowe
-wody krasowe: porowo-szczelinowe
szczelinowe – kresowe
Wody warstwowe (porowe) wypełniają pory skalne, tworząc warstwy wodonośne.
Mogą to być wody przypowierzchniowe, gruntowe, wgłębinowe zarówno o zwierciadle swobodnym, jak i napiętym !!!
Wody szczelinowe – występujące o spękanych skałach osadowych, magmowych lub metamorficznych.
Zasilanie wód szczelinowych może być bezpośrednie, gdy szczeliny dochodzą do powierzchni i woda opadowa może bezpośrednio wpływać w głąb. Może to być zasilanie pośrednie, gdy szczeliny są przykryte utworami przepuszczalnymi.
Zwierciadło wód szczelinowych jest na ogół swobodne i nie wykazuje związku z ukształtowaniem powierzchni terenu.
Wody szczelinowe występują na różnych głębokościach przypowierzchniowe i gruntowe głównie w szczelinach tektonicznych.
Wody krasowe - występują w próżniach, kanałach i kawernach powstających w wyniku ługowania wapieni, dolomitów, gipsów, anhydrytów oraz halitu.
Różnią się one od wód szczelinowych głównie wielkością próżni, w których występują.
Są zasilane bezpośrednio lub pośrednio przez wody atmosferyczne lub wody powierzchniowe.
Wykład 6
Podział promieniowania słonecznego
Promieniowanie bezpośrednie- promieniowanie pochodzące z obszaru tarczy słonecznej mierzone na powierzchni prostopadłej do kierunku jego propagacji. Promieniowanie bezpośrednie dochodzące do powierzchni Ziemi stanowi część promieniowania, która przeszła przez atmosferę bez oddziaływania lub została rozproszona dokładnie w kierunku do przodu.
Promieniowanie rozproszone – prom pochodzące z obszaru całego nieboskłonu i związane jest z procesami rozpraszania w atmosferze.
Promieniowanie całkowite - Jest to suma promieniowania krótkofalowego (bezpośredniego i rozproszonego) docierająca do powierzchni ziemi.
Promieniowanie całkowite wyrażamy w W/m2.
Przyrządy do pomiaru promieniowania i usłonecznienia
Radiancja – ilość energii mierzonej w określonym kierunku w jednostce czasu dt na jednostkę powierzchni poziomej Da, kąta bryłowego dΩ oraz wąskim przedziale spektralnym dλ
Strumień promieniowania – natężenie promieniowania ilość en na jednostkę czasu przechodzącej przez jednostkową powierzchni Da do wąskiego przedziału spektralnego dλ promieniowania elektromagnetycznego.
Steradion (Sr) jednostka uzupełniająca układu Si określająca wartość kata bryłowego.
Jest to kat bryłowy o wierzchołku w środku kuli, wycinający z powierzchni tej kuli pole równe kwadratowej jej promieniowania.
Strumień promieniowania
-energia niesiona przez promieniowanie przechodzące w jednostce czasu przez określoną powierzchnię.
Strumień określa się nie tylko dla promieniowania przechodzącego, lecz również dla źródła emitującego. Jest energetycznym strumieniem promieniowania i jest nazywany również mocą promieniowania.
Stała słoneczna: wynosi 1350W/m2 i zmienia się 3.3% w ciągu roku.
Pomiary promieniowania
Metody pomiarów natężenia prom słonecznego:
1.fotometryczne (widzialna część widma)
2.kalorymetryczne (całe obszarze widma)
Czujniki promieniowania
-czujniki promieniowania stosowane do pomiarów fotooptycznych promieniowania fotosyntetycznie czynnego, prom UV.
Ze wzg na kształt charak czujniki nie mogą być stosowane jako czujniki prom wysokiej jakości.
-czujniki bolometryczne – metaliczne (kalometryczne)
Wykorzystują własności, która mówi, iż stopień ogrzania czujnika jest bezpośrednio związany z mocą padającego prom.
Gdy powierzchnia czujnika jest odpowiednio poczerniona, wskazania miernika są niezależnie od długości fali i dlatego mogą być stosowane do pomiarów prom poza obszarem widzialnym.
Fotometryczne metody pomiarów natężenia prom słonecznego:
-fotometr fotoelektryczny
-fotometr fotochemiczny
Kolorymetryczne
-pyranometry
-solanometry
-ktynometry
-pyrheliometry
Pomiary promieniowania:
-pyrheliometr – do poamirów bezwzględnych wartości natężenia bezpośredniego prom
-pyranometrów – do pomiarów względnych prom całkowitego (bezpośredniego i rozproszonego
-aktynometr – do prom względnych prom bezpośredniego promieniowania
-solarymetr uniwersalny do pom wszystkie prom
Pyranometr, których urządzeniem odbiorczym są termostosy MallaGorczyńskiego – solarymetrami.
Solarymetr Gorczyńskiego:
-najbardziej rozpowszechniony przyrząd
-zasadniczą częścią jest termostos Molla
-Receptorem tego przyrządu jest termostos Molla
-można nim mierzyć promieniowanie rozproszone i całkowicie
-stosowany także do pomiaru prom odbitego (albefomierz)
-pomiar natężenia prom beposredniego:
Aktynometr Sawinowa Janiszewskiego AT-50
-pomiar natężenia prom całkowitego rozproszona i odbitego
Pyranometr – instrument do pomiaru irradiancji w paśmie prom słon (od 300-4000nm)
Mierzy przychodzące prom z waga proporcjonalną do cosinusa kata zenitalnego
Aktynometr – służy do POM bezpośredniego prom słonecznego najbardziej rozp.
Albedo – część prom całkowitego ulega odbiciu od pow Ziemi (rodzaj podloza) lub od chmur
Zdolność odbijania prom przez dana pow naz ALBEDO.
Usłonecznienie – to czas operacji Słońca, w którym prom bezpośrednie dochodzi do pow terenu. Zależy od dł dnia zachmurzenia, ale także od czynników topograficznych, które mogą powodować zacienienie terenu.
Usłonecznienie rzeczywiste- ile godz świeci słońce
Usłonecznienie możliwe- od wschodu do zachodu
Usłonecznienie względne – stosunek wyst odnotowanego na danej stacji usłonecznienia rzeczywistego do maksymalnie możliwego czasu usłonecznienia i określa się go w procentach.
Heliograf służy do pomiaru czasu usłonecznienia.
Wykład 7
Strefy klimatyczne i typy klimatów na kuli ziemskiej i w Polsce
Ze względu na zróżnicowanie temperatury na kuli ziemskiej obserwuje się strefowy rozkład klimatu.
Klimat zależy od:
-wysokości położenia danego miejsca nad poziomem morza (im niżej tym jest cieplej)
-szerokość geograficzna (im większa, tym jest chłodniej)
-odległość od zbiorowisk wodnych (im bliżej morza, tym niższe amplitudy temp)
-występowanie prądów morskich (wyst. od strony lądowej przenoszą suche masy powietrza, od wody – wilgotne masy)
Strefy klimatyczne – to największe jednostki w podziałach klimatycznych świata, stanowiące obszar, w którym parują podobne warunki mikroklimatyczne; układają się w przybliżeniu w postaci równoleżnikowych pasów; wyróżnia się strefy klimatyczne (wg. W. Okołowicza).
5 stref klimatycznych:
1.równikowa
2.zwrotnikowa
3.podzwrotnikowa
4.umiarkowana
5.okołobiegunowa
Stefa klimatyczna- to obszar kuli ziemskiej przyjmujący zazwyczaj postać równoleżnikowego pasa, w obrębie, którego podobny przebieg mają elementy klimatu wybrane jako podstawowe wydzielenie.
Typy klimatów
-w obrębie stref klimatycznych wyróżnia się: zależnie od cech rocznego przebiegu temperatury i opadów.
-Temperatura powietrza zmniejsza się z wysokością przeciętnie o 0,6 C na każde 100m w postaci pięter klimatycznych, np. w Tatrach!!!
-powyżej 2200m znajduje się piętro zimne (średnia roczna temp poniżej -2C)
-powyżej 1850m (górna granica kosodrzewiny) piętro umiarkowane zimne (temp niższa od 0stopni)
-od wysokości 1550m (powyżej górnej granicy lasu) piętro bardzo chłodne, temp niższa od 2 stopni)
-1150 -1550m piętro chłodne (regiel górny) ze średnią roczną temp 2-4 stopni
-niżej piętro umiarkowane chłodne (regiel dolny) o śr temp 4-6 stopni
-najniższe piętro umiarkowane ciepłe (670 -750m) wyższa od 6 stopni.
Typy rocznego przebiegu temperatury:
A)równikowy
-małe roczne amplitudy temp w obszarach równikowych 2-3 stopni
-na ladach wzrasta o kilka stopni
-najmniejsze wahania temp
-max nasilenia w lecie i min w zimie.
B. Typ zwrotnikowy
-charakter 1min (styczeń) i 1 max (lipiec), miesiąc temp w ciągu roku (na półkuli południowej odwrotnie)
-roczne wahania temp są większe zwłaszcza na obszarach pustynnych
-zwrotnikowa cyrkulacja monsunowa max przed nadejściem pory deszczowej (wzrasta zachmurzenie)
C.Typ umiarkowany
-1 max (lipiec) 1 min (styczeń) na pókuli płn,
-klimat morski i kontynentalny
-kontynentalny (duże roczne wahania temp, cieple lata, mroźne zimy)
-morski – (mniejsze wahania temp max, lipiec-wrzesień, min Luty, marzec (woda dł się nagrzewa, zimy, lata chłodne).
D. Typ okołobiegunowy
-1 max i 1min max w Polowie dnia polarnego min pod koniec nocy polarnej
Z kolei odmiany klimatów to głównie
-morski
-kontynentalny
-górski
-odmiana monsunowa.
KLIMATY ASTREFOWE
Górska i monsunowa odmiana różnych typów klimatu
-KLIMATY GÓRSKIE
-charak się obniżeniami temp w stosunku do sąsiednich terenów nizinnych
-opady są większe, ale tylko następuje inwersja, czyli w tym przypadku zmniejszenie ilości opadów
Strefa klimatów równikowych
1.Klimat równikowy (Nizina Amazonii, Indonezja, Kotlina Kongo)
-roczne amplitudy temp nie większe niż 5 stopni
-roczna suma opadów ok. 2000mm
-deszcze zenitalne
-wysoka wilgotność
-temp. 24-25stopni
-brak wyraźnej pory deszczowej
-lato trwa przez cały rok
2.klimat podrównikowy wilgotny (Wyżyna Gujańska, Brazylijska, północna Australia)
-dwie pory deszczowe, dwie pory suche
-średnia roczna suma opadów 1000-1500mm
-średnia roczna temp powyżej 20 stopni
-roczna amplituda temp od 5 do 10.
3.klimat podrównikowy suchy
Strefa klimatów zwrotnikowych
1.Klimat zwrotnikowy suchy (Sahara, Płw.Arabski, Pustynia Kalahari, centr. Australia, Pustynia Atarama, Pustynia Nomib)
-opady poniżej 250mm
-śr temp najcieplejszego miesiąca +10 stopni
-dobowe amplitudy temp ok. 40-50
2.Klimat zwrotnikowy monsunowy (pd.wsch.Azja)
-półrocze letnie bardzo deszczowe, półrocze zimowe bardzo suche
-temp wahają się od 20-30
3.Klimat zwrotnikowy morski (Floryda, Miami)
-sr temp najchłodniejszego >15
-opady w ciągu całego roku
Strefa zwrotnikowa
a)klimat suchy
-wyst na pustyniach
-b. wysoka temp.
-brak klimatyczny zimny
b)klimat wilgotny
-panuje w Azji Pół-Wschodniej (odmiana monsunowa)
Strefa klimatów podzwrotnikowych
1.Klimat podzwrotnikowy morski –RPA, część pd USA
-lato jest gorące i bardzo słoneczne
-opady nie występują
-zimy łagodne
-nie występuje śnieg
2)klimat podzwrotnikowy suchy- Wyżyna Irańska, środkowa Hiszpania, Turcja, Stany Zjednoczone
-gorące i suche lato
-chłodna albo mroźna oraz sucha zima
Ze względu na opady
Klimat podzwrotnikowy morski (Sycylia, Malta)
-lata słoneczne, gorące bez opadów
-zimy łagodne
Klimat podzwrotnikowy kontynentalny
-lata gorące i suche
-zimy chłodne lub mroźne i suche
Klimat podzwrotnikowy monsunowy (poł części Niziny Chińskiej, poł Japonia)
Strefa klimatów umiarkowanych
(Chile, Argentyna, Nowa Zelandia, Ameryka Północna, Azja)
-klimat umiarkowany ciepły: może wyst w odmianie morskiej albo kontynentalnej
-klimat umiarkowany chłodny: podział jak powyżej
Wyst 4 pory roku, 20C w strefie chłodnej – 15 w części kontynentalnej zimy mroźne (Syberia) odmiana morska (zimy ciepłe i łagodne) Wyspy Brytyjskie
Ze względu na opady
1.klimaty lądowe
2.klimaty morskie
3.klimaty przejściowe
Strefa klimatów okołobiegunowych (pół. Część Kanady, pół Syberia
-klimat okołobiegunowy (subpolarny)
*wyst zjawisko dnia oraz nocy polarnej
-bardzo mroźna zima trwa ok.9-10 miesięcy
-temp sięgają najwyżej 10C
-opady śniegu do 300dm
-klimat biegunowy (polarny) (Antarktyka, Grenlandia)
-wys zjawisko nocy oraz dnia polarnego
-opady śniegu wynoszą do 250mm/cm2
-opadów jest mało
Wykład 10
Rodzaje, gatunki, odmiany chmur oraz stopień zachmurzenia
Rodzaje chmur
Chmury wysokie Cirrus (Ci) – pierzaste
Cirrocumulus (Cc) – kłebiastopierzaste
Cirrostratus (Cs) warstwowo-pierzaste
Chmury średnie Altocumulus (Ac) średnio kłębiaste
Altostratus (As) średnio warstwowe
Chmury niskie Stratocumulus (Sc) kłębiasto-warstwowe
Stratus (St) niskie warstwowe
Chmury pionowe Nimbostratus (Ns) warstwowo deszczowe
Cumulus (Cu) kłębiaste
Cumulonibus (Cb) kłębiasto deszczowe
Chmury są wynikiem kondensacji pary wodnej w warstwach atmosfery, które nie przylegają do powierzchni Ziemii.
-W każdej chwili ok. połowa naszej planety pokryta jest chmurami.
-Rozkład chmur w atmosferze zależy bardzo silnie od dynamiki.
Co to jest chmura?
Chmury są to zawiesiny mikroskopijnych cząsteczek cieczy (głównie wody) lub ciał stałych (lodu) w atmosferze.
Jak powstają chmury?
Powstają w wyniku:
-kondensacji pary wodnej, czyli przejściu znajdującej się w powietrzu pary wodnej ze stanu gazowego w ciekły
-resublimacji tj pary wodnej w stan stały skupienia (lód)
Ciepłe powietrze unosi się do góry jednocześnie ulegając ochłodzeniu, aż do momentu osiągnięcia takiego stopnia nasycenia parą wodną (temperatura punktu rosy), w którym nadmiar pary przekształca się w krople wody.
Co się dalej stanie zależy od wilgotności względnej, czyli ilości wody jaką powietrze jest w stanie pary aktualnej temp utrzymać. Powstający obłok pary zmniejszeniu się wilgotności względnej wyparowuje.
Większość chmur powstaje z unoszącego się powietrza (workowate chmury burzowe powstają z opadającego powietrza).
Blok powietrza znosząc się na coraz większe wysokości rozszerza się i praca jaką przez to wykonuje powoduje, ze temp powietrza w bloku spada. W takcie wznoszenia się wzrasta również wilgotność tej paczki powietrze, aż osiągnie 100%.
Wtedy nadmiar pary wodnej ulega skroplenie (kondensacji), tworzą się kropelki wody zawieszone w powietrzu tworząc obłok.
Pionowy ruch wspomnianego bloku powietrza na większe wysokości może być spowodowany przez różne zjawiska w atmosferze:
-konwekcja ( w atmosferze chwiejnej)
-napływ powietrza nad dany region
-wznoszenie powietrza przez fronty
-wznoszenie powietrza wymuszone przez topografie terenu (np. góry)
Konwekcja
W meteorologii konwekcje odnosi się przede wszystkim do prądów występujących, czyli do pionowego ruchu powietrza ku górze.
Kiedy słońce ogrzewa grunt, banieczki nagrzanego powietrza wznoszą się przez co rozrzedzają się mieszając, z otaczającym powietrzem i tracą zdolność do dalszego wznoszenia się.
Jeżeli powyżej podstawy chmury istnieje stabilna warstwa powietrza, dalszy wzrost chmury jest ograniczony i powstają jedynie niegroźne cumulusy (chmury kłębiaste) !!!!
Jendnakże, jeżeli powyżej podstawy chmur warstwa powietrza jest niestabilna, nastąpi rozbudowa chmury w górę i powstanie cumulonimbus (ch. kłębiasto deszczowa) zawierający już krople deszczu!!!
Konwergencja
Przy poziomym napływie powietrza na dany obszar, powietrze tam zalegające jest wypychane do góry.
Proces ten, jeśli zachodzi na duża skalę jest wstanie wynieść do góry warstwę powietrza szeroką nawet na setki kilometrów!!!!
Wznoszenie powietrza wymuszone topografią terenu.
Wznoszenie powietrza wymuszone topografia terenu (np. góry) jest zaczątkiem do powstawania chmur orograficznych!!!
Masa powietrza napotykając na swojej drodze wzniesienie, unosi się coraz wyżej przez co chłodzi się.
Jeśli dojdzie do skroplenia pary wodnej w nim zawartej powstaje chmura.
Wznoszenie powietrza przez fronty atmosferyczne.
W przypadku frontu chłodnego – chłodniejsza i gęstsza masa powietrza wypycha ku górę wilgotną i ciepłą masie powietrza.
Na pewnej wysokości dochodzi do skroplenia pary wodnej i powstania chmur.
Z uwagi na strome zbocze frontu chłodnego, powstają silne prądy unoszące powietrze, a to prowadzi do powstania chmur dających przelotne opady i gwałtowne burze.
W przypadku frontu ciepłego – ciepła i rzadsze powietrza unosi się do góry nad chłodniejsze. Wznoszące się powietrze ochładza się, dochodzi do kondensacji i powstają chmury.
Zbocze frontu ciepłego nie jest tak storme jak frontu chłodnego, poza tym front ciepły przemieszcza się wolniej i to powoduje, ze prądy wznoszące powietrze nie sa tak silne. Opady maja zazwyczaj charakter ciągły !!!
Wpływ równowagi atmosfery na rodzaj chmur
Stabilna
Chwiejna >równowaga
Luke Howard (ur. 28 XI 1771 z Londynie, zm. 21 III 1864) – brytyjski chemik, farmaceuta i meteorolog. Twórca klasyfikacji chmur.
Chmury są bardzo dobrze widoczne na zdjęciach satelitarnych, gdyż odbijają znaczną część padającego na nie promieniowania słonecznego (w zakresie fal widocznych).
Klasyfikacja chmur wg. WMO
1)Rodzaje chmur
2)Gatunki chmur
3)Odmiany chmur
4)Chmury macierzyste
Podział ze względu na pietra wyst:
1)chmury górze
2)chmury średnie
3)chmury niskie
4)chmury o budowie pionowej
Podział ze względu na sposób powstawanie
1)chmury frontalne Ci, Cs,As, Ns, Ac
2)konwekcyjne Cu, Cb
3)falowe Sc
4)osiadania Ac, Cc
Chmury wysokie (wyst powyżej 5,000km) składa się z lodu, wyglądają jak cienkie kosmyki, smużki. Cirro. Kolor biały
Chmury średnie (2,000 a 7,000m). Składa się z kropelek wody podczas lata lub mokrego śniegu w czasie zimy. Alto białe lub szare
Chmury niskie (poniżej 2,000m) Składa się z kropelek wody, ale chłodnym powietrzem, mogą zawierać śnieg i kryształki lodu.
Zjawisko halo
Halo to świetlny pierścień o średniej kątowej z 2 lub 46 stopni. Powstaje na skutek załamania światła tych obiektów na wysokich chmurach lodowych takich jak cirrus czy cirrostratus.
Zjawisko halo towarzyszy często zjawisko słońca pozornego, czyli jasnej plamki wyst w pobliżu pierścieni halo.
Stratocumulus (Sc), Sciristatus
Chmura stratus nie powoduje wyst zjawiska halo.
Ocena zachmurzenia
Zachmurzenie jest to stopień pokrycia nieba przez chmury.
Do jego określenie stosuje się skalę od 0 do 8 (8 oznacza pełne zachmurzenie, 0-burzy) Przy podawaniu stopnia zachmurzenia podaje się rodzaj i gatunek chmur.