PROGRAM ĆWICZEŃ Z METEOROLOGII I KLIMATOLOGII
DLA I ROKU STUDIÓW LICENCJACKICH W ROKU AKADEMICKIM 2009/2010
Służba pogody - organizacja sieci meteorologicznej w Polsce i na świecie. Zadania Światowej Organizacji Meteorologicznej.
przedmiot i cel badań meteorologicznych
cele i zadania organizacji służby pogody na świecie, organizacje meteorologiczne (Światowa Organizacja Meteorologiczna - WMO))
sposób funkcjonowania sieci meteorologicznej na świecie
organizacja i rozwój sieci pomiarów meteorologicznych w Polsce (zakres pomiarów i obserwacji prowadzonych przez różne punkty sieci meteorologicznej w Polsce)
terminy wykonywania obserwacji i pomiarów w sieci IMGW (Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej) oraz sposoby ich zapisu
przykłady stacji prowadzących nietypowe badania (np. stacje agrometeorologiczne, aerologiczne, morskie itp.)
wygląd i wyposażenie typowej stacji meteorologicznej
materiały źródłowe stosowane w meteorologii i klimatologii
Promieniowanie słoneczne, Ziemi, atmosfery. Promieniowanie efektywne. Bilans radiacyjny powierzchni czynnej. Efekt cieplarniany. Przyrządy do pomiaru usłonecznienia i promieniowania słonecznego.
Ćw. Pisemne: Przebieg dobowy składowych bilansu radiacyjnego
Zagadnienia do ćw. 2
Definicja promieniowania, podział widma promieniowania słonecznego, jednostki długości fal promieniowania, prawa promieniowania (Plancka, Wiena, Stefana-Boltzmanna, Kirchhoffa).
Definicja i jednostki natężenia promieniowania.
Promieniowanie słoneczne bezpośrednie, wyjaśnij zależność między natężeniem promieniowania słonecznego a kątem padania promieni słonecznych.
Definicja stałej słonecznej i jej wartość.
Osłabienie promieniowania słonecznego w atmosferze, promieniowanie słoneczne rozproszone, prawo Rayleigha, prawo Bouguera, barwy nieba, masa optyczna atmosfery.
Promieniowanie słoneczne całkowite.
Definicja albedo, czynniki determinujące wartość albedo.
Promieniowanie powierzchni Ziemi .
Promieniowanie zwrotne atmosfery.
Promieniowanie efektywne, czynniki wpływające na wartość promieniowania efektywnego.
Efekt cieplarniany (rola tlenu, ozonu, dwutlenku węgla, pary wodnej, aerozoli).
Bilans radiacyjny powierzchni czynnej.
Definicja usłonecznienia- względne, rzeczywiste, możliwe.
Przyrządy do pomiaru natężenia promieniowania słonecznego (solarymetr Gorczyńskiego, pyranometr itp.
Heliograf Campbella-Stokesa.
Literatura:
A.Woś: podr. 2.5.2- promieniowanie; podr. 2.5.3- usłonecznienie; rozdział 4- Promieniowanie słoneczne w atmosferze. Promieniowanie Ziemi.
S.P. Chromow- rozdz III podr. 1-23
K. Kłysik i in. Przewodnik do ćwiczeń terenowych - zagadnienia dotyczące przyrządów
Temperatura powietrza - procesy wymiany ciepła między podłożem a atmosferą. Bilans cieplny powierzchni czynnej. Instrumenty meteorologiczne do pomiaru temperatury powietrza i gleby. Procesy adiabatyczne. Diagram adiabatyczny. Stany równowagi termicznej powietrza atmosferycznego. Inwersje temperatury.
Ćw. pisemne: Przebieg temperatury gruntu. Określanie stratyfikacji atmosfery
Zagadnienia do ćw. 3
Przyczyny zmian temperatury powietrza, procesy wymiany ciepła miedzy podłożem a atmosferą
Bilans cieplny powierzchni czynnej
Różnice w przebiegu procesów cieplnych w gruncie i w wodzie
Dobowy przebieg temperatury powierzchni gruntu i temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi
Przyrządy do pomiaru temperatury powietrza, temperatury gleby.
Proces adiabatyczny, równania Poissona, ciepło utajone, poziom kondensacji, sucho- i wilgotnoadiabatyczne zmiany temperatury w czasie ruchów pionowych powietrza, gradient sucho- i wilgotnoadiabatyczny, gradient rzeczywisty
Proces pseudoadiabatyczny
Diagram adiabatyczny (termodynamiczny), adiabata sucha, adiabata wilgotna, krzywa stratyfikacji, krzywa stanu
Typy równowagi termicznej powietrza atmosferycznego. Konwekcja termiczna.
Typy pionowego rozkładu temperatury powietrza. Inwersje temperatury - przygruntowe i w swobodnej atmosferze.
Literatura:
A. Woś: rozdz. 2, 5, 6
S.P Chromow rozdz. IV, V
Woda w atmosferze. Charakterystyki wilgotnościowe powietrza. Dobowy i roczny przebieg prężności pary wodnej i wilgotności powietrza. Instrumenty meteorologiczne do pomiaru parowania i wilgotności. Zjawiska atmosferyczne: Hydrometeory- powstawanie i klasyfikacja chmur, opady i osady atmosferyczne - geneza. Instrumenty meteorologiczne do pomiaru opadu; Litometeory; Fotometeory; Elektrometeory . Atlas chmur i zjawisk atmosferycznych.
Ćw.pisemne: Obliczanie charakterystyk wilgotności z wzoru psychrometrycznego
Zagadnienia do ćw. 4
Woda w atmosferze- stany skupienia, przemiany fazowe
Proces parowania - czynniki wpływające na szybkość parowania, parowanie potencjalne, rzeczywiste, stan nasycenia
Wielkości charakteryzujące zawartość pary wodnej w atmosferze - prężność, wilgotność bezwzględna, właściwa, względna, stosunek zmieszania, niedosyt wilgotności, temperatura punktu rosy
Temperatura powietrza a maksymalna zawartość pary wodnej (A.Woś rozdz. 6.3, tabela 6.3.1, str.144)
Dobowy i roczny przebieg prężności pary wodnej i wilgotności względnej na tle przebiegu temperatury powietrza.
Metody pomiaru parowania : ewaporometr
Metody pomiaru wilgotności powietrza: higrometr, psychrometr Augusta i Assmana, wzór psychrometryczny, tablice psychrometryczne.
Zjawisko kondensacji pary wodnej w atmosferze. Jądra kondensacji, woda przechłodzona w atmosferze
Chmury - podział ze względu na budowę, procesy formowania się chmur, pietra występowania chmur, międzynarodowa klasyfikacja chmur
Powstawanie opadów - teoria koagulacji, Bergerona - Findeisena.
Rodzaje opadów. Geneza gradu. Osady atmosferyczne
Mgły - geneza, typy mgieł .
Fotometeory - tęcza, halo, wieńce, gloria itp.
Elektrometeory - zorza polarna, ognie św. Elma, burza.
parowanie (parowanie rzeczywiste i potencjalne, ewaporacja, transpiracja, ewapotranspiracja, utajone ciepło parowania)
stany wilgotności atmosfery (powietrze suche, wilgotne, nasycone, mokre, przesycone, przechłodzone; prężność nasycona)
kondensacja pary wodnej, jądra kondensacji, warunki kondensacji pary wodnej
wskaźniki wilgotności powietrza (wilgotność bezwzględna, wilgotność względna, niedosyt wilgotności, temperatura punktu rosy, prężność pary wodnej, temperatura wirtualna, wilgotność właściwa, stosunek zmieszania)
metoda psychrometryczna, wzór psychrometryczny, tablice psychrometryczne
osady atmosferyczne (rosa, rosa biała, nalot ciekły, szron, szadź, nalot stały, gołoledź)
mgły, zamglenia - rodzaje mgieł: z ochładzania (radiacyjne, adwekcyjne, zmieszania), z wyparowania (dymienie morza, mgły frontowe)
międzynarodowa klasyfikacja chmur
podział chmur ze względu na genezę (chmury konwekcyjne, chmury warstwowe, chmury o charakterze falowym)
opady atmosferyczne i teorie ich powstawania (koagulacja grawitacyjna, koagulacja turbulencyjna, mechanizm Findeisena-Bergerona)
rodzaje opadów: deszcz, mżawka, śnieg, krupy śnieżne, grad, ziarna lodowe, śnieg ziarnisty, słupki lodowe (pył diamentowy)
przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza (higrometr włosowy, psychrometr Assmanna i Augusta, termopara), parowania (ewaporometr Piche'a, ewaporometr Wilda, lizymetr, ewaporometr glebowy), opadu atmosferycznego (deszczomierz Hellmanna, pluwiograf)
Ciśnienie atmosferyczne - zmiany wraz ze wzrostem wysokości. Stopień baryczny. Izobary i układy baryczne. Mapy topografii barycznej. Prezentacja przyrządów do pomiaru ciśnienia atmosferycznego i zasad ich działania (barometr rtęciowy, barograf, aneroid). Wiatr. Przyrządy do pomiaru prędkości wiatru. Masy powietrza-klasyfikacja termiczna i geograficzna. Fronty atmosferyczne - podział frontów, towarzyszące zjawiska atmosferyczne
Ćw. pisemne: rozpoznawanie układów barycznych na mapa synoptycznych i określanie kierunku wiatru
Zagadnienia do ćw. 5
Ciśnienie atmosferyczne - definicja, jednostki, przyrządy do pomiaru ciśnienia atmosferycznego (barometr rtęciowy, aneroid, barograf)
Zmiany wraz ze wzrostem wysokości, wzór barometryczny, stopień baryczny, związek ciśnienia z polem temperatury, izobary, układy baryczne, mapy topografii barycznej.
pojęcia: ciśnienie atmosferyczne (jednostki), powierzchnia izobaryczna, izobara, izohipsa
mapy topografii względnej i bezwzględnej, geopotencjał
równanie stanu gazu doskonałego (równanie Clapeyrona)
zmiany ciśnienia z wysokością (równanie statyki atmosfery)
pionowy gradient ciśnienia, stopień baryczny
barometryczny wzór wysokości
zmiany ciśnienia w kierunku poziomym
wahania ciśnienia w cyklu dobowym i rocznym, tendencja ciśnienia???
układy baryczne (wyż, niż, wał, bruzda, klin, zatoka, siodło)
siły wywołujące i kształtujące wiatr
poziomy gradient ciśnienia
siła Coriolisa
siła tarcia (spirala Ekmana)
wiatr geostroficzny
wiatr gradientowy w niżu i wyżu
reguła Buys-Ballota
przyrządy do pomiaru ciśnienia, prędkości i kierunku wiatru (barometry: cieczowe, deformacyjne, hipsometry, wiatromierz Wilda, anemometr Robinsona, anemometr indukcyjny) - prezentacja wybranych przyrządów
Masy powietrza - klasyfikacja termiczna i geograficzna
Fronty atmosferyczne - Frontogeneza i frontoliza. Cechy frontu ciepłego, chłodnego, okluzji.- pogoda w strefie frontów
Literatura:
A. Woś: rozdz. 2.5.1, 7
KOLOKWIUM. Nowoczesne systemy zbierania, przesyłania, odbioru danych i informacji meteorologicznych - automatyczna stacja meteo, techniki teledetekcji w badaniach atmosfery. Materiały źródłowe stosowane w meteorologii i klimatologii (roczniki, atlasy, biuletyny, komputerowe bazy danych meteorologicznych i klimatologicznych). Internetowe źródła wiedzy o pogodzie. Elementy mapy pogody. Zasady konstrukcji i analizy mapy pogody. Klasyfikacja mas powietrza. Symbole stosowane na mapach pogody. Mapy pogody w Internecie.
Ćw. pisemne - Charakterystyka zróżnicowania pogody w Europie na podstawie analizy mapy synoptycznej (charakterystyka pola ciśnienia, układy baryczne i ich rozkład, rozmieszczenie mas powietrza i frontów, rozkład temperatury, wiatru, zachmurzenia, zjawisk atmosferycznych)
Zagadnienia do ćw. 6
sposoby zbierania danych do stworzenia mapy synoptycznej
symbole i oznaczenia stosowane na mapach synoptycznych
schemat rozmieszczenia elementów meteorologicznych wokół stacji na mapie synoptycznej
analiza mapy synoptycznej (analiza izobaryczna, analiza frontowa, analiza mas powietrza)
prognoza pogody - używane pomoce i metody (dolne mapy pogody, mapy topografii barycznej, diagramy aerologiczne, reguła bariery wiatru, metoda ekstrapolacji itp.)
modele matematyczne w prognozowaniu pogody
historia rozwoju teledetekcji satelitarnej
satelity geostacjonarne i biegunowe
zadania satelitów meteorologicznych i ich przydatność w służbie meteorologicznej
metody zbierania danych przez satelity meteorologiczne
przyrządy pomiarowe wykorzystywane w teledetekcji satelitarnej
sposoby określania wielkości niektórych elementów meteorologicznych i obserwacji zjawisk meteorologicznych za pomocą teledetekcji satelitarnej
prezentacja zdjęć satelitarnych i animacji komputerowych
nowoczesne przyrządy pomiarowe stosowane w meteorologii
metody automatycznej rejestracji danych meteorologicznych
internetowe źródła danych o pogodzie
Ośrodki baryczne. Powstawanie niżów z frontami atmosferycznymi. Cyrkulacja atmosfery. Wiatry lokalne.
Ćw. Pisemne: Zaznaczanie kierunków wiatrów na mapach
Zagadnienia do ćw. 7.
Powstawanie niżów z frontami atmosferycznymi. Teoria falowa rozwoju cyklonów w szerokościach umiarkowanych.
Pogoda w niżu i wyżu. Przekrój przez ciepły wycinek niżu barycznego.
Rozkład ciśnienia na kuli ziemskiej
Model planetarnej cyrkulacji atmosferycznej, dominujące kierunki wiatrów w poszczególnych strefach na kuli ziemskiej
Cyrkulacja monsunowa. Monsuny zwrotnikowe i pozazwrotnikowe
Cyrkulacja pasatowa. Pasaty i antypasaty
Wiatry lokalne (geneza obszar występowania) : cyklony tropikalne, bryza, fen, bora, wiatr górski i dolinny, wiatr lodowcowy, tornado.
Nazwy regionalne wybranych wiatrów.
pojęcia: front atmosferyczny, powierzchnia frontowa, anafront, katafront
podział frontów na fronty główne i wtórne
podział frontów ze względu na charakter ruchu frontów (fronty ciepłe, chłodne, stacjonarne, quasi-stacjonarne)
podział frontów ze względu na liczbę rozdzielanych mas powietrza (front prosty i złożony)
sposoby wyznaczania frontów klimatologicznych
położenie głównych frontów klimatologicznych w lipcu i styczniu
przekroje pionowe przez front ciepły i chłodny (front chłodny pierwszego i drugiego rodzaju)
front zokludowany, rodzaje frontów zokludowanych - przekroje pionowe
przekroje pionowe przez ciepły i chłodny odcinek niżu
frontogeneza i frontoliza
cechy pogody w obszarze frontu ciepłego, chłodnego i zokludowanego
fazy rozwoju układu cyklonalnego w umiarkowanych szerokościach geograficznych (teoria Bjerknesa)
pogoda w układach cyklonalnych i antycyklonalnych w szerokościach pozazwrotnikowych
schemat ogólnej cyrkulacji atmosfery na kuli ziemskiej (komórki cyrkulacyjne: Hadleya, Ferrela, polarna)
rozkład ciśnienia powietrza na poziomie morza (klimatyczne ośrodki działania atmosfery)
główne systemy wiatrów na kuli ziemskiej
cyrkulacja atmosfery w strefie międzyzwrotnikowej (pojęcia: pasaty, międzyzwrotnikowa strefa zbieżności pasatów, deszcze zenitalne, inwersja pasatowa, końskie szerokości)
cyrkulacja atmosfery w szerokościach umiarkowanych
cyrkulacja atmosfery w strefie okołobiegunowej
cyrkulacja monsunowa i obszary jej występowania
zjawisko El Niño
prądy strumieniowe i ich wpływ na niższe warstwy atmosfery
wiatry lokalne (bryzy morskie, wiatry górskie i dolinne, wiatry lodowcowe, wiatry fenowe, bora, mistral, wiatry tunelowe) - geneza ich powstawania
cyklony tropikalne (budowa cyklonu tropikalnego, obszary ich genezy i występowania, hipotezy ich genezy)
trąby powietrzne (budowa, występowanie, hipotezy ich genezy)
Literatura:
1. D.Martyn, Klimaty kuli ziemskiej
2. Chromow, rozdz.VII, podrozdziały 1-19, 29-37
3. A.Woś rozdz.8
8. Rozkład temperatury powietrza i anomalii termicznych na kuli ziemskiej. Wskaźniki kontynentalizmu
Ćw. pisemne - Roczny przebieg temperatury powietrza i anomalii termicznej na wybranych stacjach kuli ziemskiej.
Zagadnienia do ćw. 8
Czynniki wpływające na rozkład temperatury powietrza w danym miejscu. Geograficzne czynniki klimatotwórcze.
Rozkład temperatury powietrza na kuli ziemskiej - styczeń, lipiec, rok
Amplituda roczna temperatury powietrza - rozkład na kuli ziemskiej, czynniki wpływające na jej wartość
Typy rocznego przebiegu temperatury powietrza (równikowy, zwrotnikowy, szer. Umiarkowanych, polarny)
Równik termiczny. Temperatury wybranych równoleżników.
Anomalia termiczna, rozkład przestrzenny na kuli ziemskiej, czynniki determinujące jej wartość
roczne i dobowe typy przebiegów temperatury powietrza i opadów atmosferycznych
czynniki wpływające na amplitudę dobową i roczną temperatury powietrza i anomalie termiczne
związek rozkładu temperatury z bilansem cieplnym
wskaźniki zmienności i nierównomierności opadów
kontynentalizm i wybrane wskaźniki kontynentalizmu (Chromowa, Gorczyńskiego, Ewerta, Iwanowa) - wady i zalety omawianych wskaźników oraz rozkład przestrzenny
analiza rozkładu przestrzennego i zmian w czasie wybranych elementów i wskaźników meteorologicznych (usłonecznienia, całkowitego promieniowania słonecznego, temperatury powietrza, anomalii termicznych, amplitudy temperatury, sum parowania rzeczywistego, ciśnienia pary wodnej, wilgotności względnej, zachmurzenia, opadu atmosferycznego)
Literatura:
D.Martyn, Klimaty kuli ziemskiej
Chromow, rozdz.IV, podrozdziały 1-5, 7, 10-13, 15,18-24
A.Woś
Klimat Polski - zajęcia proseminaryjne Klimat Polski. Analiza map klimatycznych
REFERATY
Klimat Polski - zajęcia proseminaryjne Klimat Polski. Analiza map klimatycznych
REFERATY
Tematyka referatów:
czynniki geograficzne wpływające na klimat (szerokość geograficzna, rozkład lądów i mórz, wysokość n.p.m., prądy morskie, rzeźba terenu, pokrycie terenu)
pojęcia: klimat, mikroklimat, topoklimat, mezoklimat, makroklimat, geoklimat, klimat planetarny, regionalizacja klimatyczna
przyczyny zmienności i różnorodności typów pogody
główne centra baryczne wpływające na pogodę w Polsce
czynniki geograficzne wpływające na różnorodność przestrzenną klimatu Polski
masy powietrza napływające nad Polskę (częstość ich występowania w przekroju miesięcznym, sezonowym i rocznym)
fronty atmosferyczne (częstość ich występowania)
warunki solarne (rozkład przestrzenny: promieniowania całkowitego, usłonecznienia, bilansu radiacyjnego)
warunki termiczne (rozkład temperatury powietrza w lipcu, styczniu i w ciągu roku; średnie roczne amplitudy temperatury powietrza, średnie dobowe i roczne maksymalne i minimalne temperatury powietrza)
termiczne pory roku
okres wegetacyjny
warunki opadowe (zachmurzenie nieba, średnie roczne sumy opadów, rozkład opadów w ciągu roku, częstość opadów atmosferycznych, burz, opadów ulewnych, opadów śniegu; długość występowania pokrywy śnieżnej)
warunki wilgotnościowe (przebieg roczny i wielkość: parowania, ciśnienie pary wodnej, wilgotności względnej)
wiatry (miesięczny rozkład częstości wiatru wg poszczególnych jego kierunków, prędkości wiatrów)
metody rejonizacji klimatu Polski
klasyfikacje klimatyczne Polski wg Romera, Gumińskiego
1