PROGRAM ĆWICZEŃ Z METEOROLOGII I KLIMATOLOGII

DLA I ROKU STUDIÓW LICENCJACKICH W ROKU AKADEMICKIM 2008/2009

1. Służba pogody - organizacja sieci meteorologicznej w Polsce i na świecie. Zadania Światowej Organizacji Meteorologicznej. Budowa atmosfery. Podstawowe wielkości określające stan fizyczny atmosfery - zmiany w przekroju pionowym.

• 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

2. 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

3. 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

4. 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

Ćw. pisemne: rozpoznawanie układów barycznych na mapa synoptycznych i określanie kierunku wiatru

Zagadnienia do ćw. 4

• 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

Literatura:

A. Woś: rozdz. 2.5.1, 7

5. 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. 5

• 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)

6. 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

7. Fronty atmosferyczne. Ośrodki baryczne. Powstawanie niżów z frontami atmosferycznymi. Cyrkulacja atmosfery. Wiatry lokalne.

Ćw. Pisemne: Zaznaczanie kierunków wiatrów na mapach

Zagadnienia do ćw. 7

• Masy powietrza - klasyfikacja termiczna i geograficzna

• Fronty atmosferyczne - Frontogeneza i frontoliza. Cechy frontu ciepłego, chłodnego, okluzji.- pogoda w strefie frontów.

• 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

9. Klasyfikacje klimatyczne świata: Alisowa, Koppena, Berga i Gorczyńskiego. Klimat Polski - zajęcia proseminaryjne Klimat Polski

REFERATY

• 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

• historia regionalizacji klimatycznych

• metody regionalizacji klimatycznej

• klasyfikacja klimatyczna Alisowa ( sposób konstrukcji, wady i zalety klasyfikacji)

• klasyfikacja klimatyczna Köppena ( sposób konstrukcji, wady i zalety klasyfikacji)

• klasyfikacja klimatyczna Berga ( sposób konstrukcji, wady i zalety klasyfikacji)

• klasyfikacja klimatyczna Gorczyńskiego (sposób konstrukcji, wady i zalety klasyfikacji)

10. Klimat Polski

REFERATY

• 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

---