Контрольные работы общие указания

К выполнению контрольных работ следует приступить после тщательного изучения рекомендованных глав литературы. Для ре­шения задач полезны сведения о расчетных формулах по каждому из разделов дисциплины, а также большой объем справочных дан­ных, которые можно найти в «Задачнике по общей метеорологии». Составители А.Г. Бройдо и др. [2].

В результате самостоятельного изучения первой части дисципли­ны необходимо выполнить две контрольные работы, каждая из кото­рых состоят из 7 заданий. Каждое задание дано в 10 вариантах вопро­сов. Номер выполняемого варианта соответствует последней цифре номера Вашей зачетной книжки. Вариант 10 соответствует цифре «0».

Ответы на вопросы контрольной работы должны быть сформу­лированы достаточно подробно, чтобы был ясен физический смысл излагаемого материала, подтвержденный, где это возможно, мате­матическими формулами.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Задание 1

По показаниям сухого и смоченного термометров стационарно­го психрометра и атмосферного давления на станции найти по пси­хрометрической таблице точку росы, парциальное давление водяно­го пара, относительную влажность и дефицит насыщения. Вычис­лить абсолютную влажность, массовую долю и массовое отношение

водяного пара, пояснить их физический смысл.

Таблица 1

Варианты исходных данных

№ варианта	t °с	f °С	РгПа
	19,4	12,7	1026, 7
	18,5	11,8	1017,8
	17,4	10,7	1028,9
	16,5	10,9	1018,3
	17,6	9,8	1022,4
	18,9	11,7	1016,7
	26,3	19,2	1018,9
	22, 1	14, 1	1024, 7
	20, 1	12,3	1017,3
	16,4	9,8	1024, 1

Задание 2

1. Как изменяется барическая ступень с высотой в реальной атмосфере?

2. Как изменяется вертикальный градиент давления с высотой в однородной атмосфере?

3. При каком вертикальном температурном градиенте высота политропной атмосферы наименьшая?

4. Как изменяется плотность воздуха с высотой в изотермической атмосфере?

5. Какие значения может принимать парциальное давление водя­ного пара при температуре 15,0 °С?

6. Определите дефицит насыщения при температуре воздуха 10,0 °С и относительной влажности 50%.

7. Определите температуру воздуха, если дефицит насыщения 12,3 гПа, а точка росы 10,0 °С.

8. Каково будет соотношение между утренней температурой и точкой росы, если вечером температура воздуха 12,0 °С, f = 50% и по прогнозу температура утром должна понизиться до -2,0 °С при неизменном давлении?

9. Определить массовую долю водяного пара, если его температу­ра 12,0 °С, f= 100% и Р=1000 гПа.

10. Что больше массовая доля отношение водяного пара или отно­шение смеси?

Задание 3

Найти плотность влажного воздуха р_в и виртуальную темпера­туру T_v при температуре t, давлении Р и относительной влажности f. Что больше: плотность сухого или влажного воздуха? Каков физи­ческий смысл виртуальной температуры?

Таблица 2

№ варианта	t°C	РгПа	f%
	15,2	986,7
	16,2	990,7
	17,2	994,7
	18,2	998,7
	19,2	1002,7
	20,2	1006,7
	21,2	1010,7
	22,2	1014,7
	23,2	1018,7
	24,2	1022,7

Задание 4

1.Укажите границы солнечного спектра у поверхности Земли.

2.Что такое солнечная постоянная: как она меняется от зимы к лету?

3.Определить фактор мутности, если при высоте солнца h_@ = 30°,

поток прямой солнечной радиации S = 0,82 .

4.Облака какого яруса рассеивают солнечную радиацию больше

всего и почему?

5.Когда наблюдается наибольшее значение рассеянной радиации

в суточном ходе в ясный солнечный день?

6.Что такое интегральный коэффициент прозрачности, и как он

изменяется с уменьшением высоты солнца?

7.Определить баланс коротковолновой радиации на широте (р = 83,4° в истинный полдень 22 июня, если коэффициент прозрачности Р = 0,76, рассеянная радиация D = 0,15 кВт/м², а альбедо А = 45%.

8.При каком вертикальном распределении температуры под осно­ванием низких облаков эффективное излучение наименьшее (при прочих равных условиях) и почему?

9. Изменение каких метеовеличин больше всего влияет на суточ­ный ход эффективного излучения при безоблачном небе?

10. Что такое оптическая толщина и оптическая масса атмосферы? От каких факторов эти величины зависят?

Задание 5

Вычислить поток прямой солнечной радиации горизонталь­ной поверхности при высоте солнца h°_@ и коэффициенте прозрачно­сти Р. Объясните физический смысл составляющих закона Буге.

Таблица 4

Варианты исходных данных

 

 

	№ варианта		Р
			0,76
			0,70
			0,82
			0,76
			0.70
			0,75
		0,69
			0,81
			0,75
			0,60

Задание 6

1. Чем объясняется цвет неба?

2. Почему облака белые?

3. Какие процессы определяют яркость небесного свода?

4. Чем объясняется кажущееся увеличение размеров солнца и лу­ны у горизонта?

5. Что такое сумерки?

6. Каковы источники освещения земной поверхности ночью?

7. Что такое яркостной контраст и как он влияет на дальность видимости?

8. Какие факторы влияют на метеорологическую дальность видимости?

9. Объясните появление нижних миражей?

10. Объясните появление верхних и боковых миражей.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

Задание 1

1. Как изменяется с высотой потенциальная температура воздуха в слое атмосферы, в котором вертикальный градиент температуры больше сухоадиабатического градиента?

2. Как изменяются при подъеме параметры ненасыщенной водяным

паром воздушной частицы?

3. Как и почему изменяется влажноадиабатический градиент темпе­ратуры при подъеме воздуха с насыщенным водяным паром?

4. Какова стратификация слоя атмосферы, в котором вертикальный градиент температуры равен влажноадаиабатическому?

5. Как поведет себя в неустойчивом слое атмосферы объем воздуха?

6. Как влияет неустойчивая термическая стратификация на турбу­лентное перемешивание?

7. Как и почему изменяется относительная влажность ненасыщен­ной водяным паром частицы воздуха, адиабатически поднимаю­щейся до уровня конденсации?

8. При какой энергии неустойчивости условия благоприятны для развития конвективной облачности?

9. Как изменится с точки зрения устойчивости термическая стратификация воздуха, натекающего зимой в умеренных широтах с континента на поверхность моря, не покрытую льдом?

10. Найти с помощью аэрологической диаграммы высоту уровня конденсации ( , если у поверхности земли давление атмосферы Ро = 990,0 гПа, температура Т₀ = 14,0 °С, t_d =2,2°С. Как изменит­ся высота уровня конденсации при увеличении точки росы?

Задание 2

По заданному давлению атмосферы Р (гПа), температуре t °С, относительной влажности f(%), найдите массовые доли насыщенно­го пара, находящегося при данных условиях, точку росы и дефицит

точки росы воздуха.

Таблица 1

Варианты исходных данных

№ варианта	РгПа	t°C	f%
	1028,8	30,0
	1014,7	28,0
	1006,0	26,0
	1000,7	24,0
	1000,9	0,0
	998,4	22,0
	995,2	20,0
	1000,2	15,0
	985,0	30,5
	1010,2	27,5

Задание 3

Вычислить влажноадиабатический градиент температуры в воздухе, находящемся при давлении Р(гПа) и температуре t(°C). Как и почему изменится ответ при том же давлении, но более высо­кой (низкой) температуре? Почему, и всегда ли влажноадиабатический градиент меньше сухоадиабатического?

Таблица 2

Варианты исходных данных

№ варианта	РгПа	t°C
	1000,0	-30,0
	800,0	-20,0
	600,0	-10,0
	400,0	0,0
	1000,0	-20,0
	800,0	-10,0
	600,0	0,0
	400,0	10,0
	1000,0	-10,0
	800,0	0,0

Задание 4

1. Какие теплофизические характеристики почвы вы знаете, каков их физический смысл?

2. Сравните и проанализируйте теплофизические характеристики воздуха, воды и почвы?

3. Амплитуда суточного хода температуры поверхности почвы соста­вила 31,1 "С, а на глубине 20 см 3,7 °С. Вычислить среднюю температуропроводимость верхнего 20-сантиметрового слоя почвы.

4. Вычислить теплопроводность снежного покрова при плотности 10²кг/м³. Как и почему изменится ответ, если плотность снега в результате слеживания увеличится в два раза?

5. Какие формулы могут применяться при изучении распростра­нения температурных колебаний в глубь почвы и водоемов?

6. Какие факторы влияют на амплитуду суточных и годовых коле­баний поверхности почвы?

7. До какой глубины распространяются (в среднем) суточные и годовые колебания температуры в почве и в различных водо­емах? Каким образом можно определить эту глубину?

8. Как и почему влияет снежный покров на температуру почвы?

9. Максимум температуры поверхности почвы отмечен в 13 ч 25 мин. В какое время теоретически наступит максимум на глу­бинах 20, 40 и 60 см, если температуропроводность на всех глубинах одинакова и равна 16 см²/ч?

10. Как влияют на изменения температуры почвы на глубине рых­ление, уплотнение, орошение?

Задание 5

1. Дайте определение приземного слоя атмосферы. Какова его средняя высота?

2. Какие факторы определяют вертикальный турбулентный обмен при равновесном состоянии в приземном слое атмосферы?

3. Какие факторы определяют вертикальный турбулентный обмен при неравновесном состоянии в приземном слое атмосферы?

4. Как изменяется с высотой температура при равновесном со­стоянии в приземном слое атмосферы?

5. Как изменяется с высотой коэффициент турбулентности?

6. В какое время суток летом турбулентный поток тепла направлен от деятельного слоя в атмосферу над морем и над сушей?

7. При каком распределении температуры в приземном слое фор­мула для определения коэффициента турбулентности методом диффузии может быть неприменима?

8. Найти коэффициент турбулентности на высоте 10 м, если ДЫЭ,0 °С, z₀= 2 см, и₂,о= 3м/с.

9. Вычислить турбулентный поток тепла методом теплового ба­ланса, если В=0,47кВт/м², t=18,2°С, e₀,₅=14,0гПа, t₂,₀=17,9°С, е₂,₀=13,6гПа, Р=0,02кВт/м².

10. Каков физический смысл коэффициента турбулентности? Како­ва его размерность?

Задание 6

Вычислить коэффициент турбулентности на высоте 1 м по методу теплового баланса, станционному и уточненному методам турбулентной диффузии, используя результаты градиентных на­блюдений на высотах 0,2; 0,5; 1,0; 2,0 м.

Исходные данные приведены по вариантам в табл. 4. Здесь R кВт/м - радиационный баланс деятельного слоя; Р кВт/м² - поток тепла в почву; £(°Q температура воздуха; е (гПа) - парциальное давление водяного пара; и(м/с) - скорость ветра на соответствую­щих уровнях.

Таблица 4

					Варианты исходных данных
№	R	Р	41.2	t0,5	ti.o	е2,0	е0.2	е0.5	е1.0	62.0	"0.2	U0.5	"1.0	U2.0
	0,55	0,08	20,6	20,4	19,9	19,8	9,4	8,9	8,4	8,0	1,7	2,3	2,5	3,0
	0,49	0,05	17,3	17,0	16,7	16,4	11,3	10,8	10,2	10,0	0,3	0,7	1,1	1,6
	0,59	0,06	17,0	16,9	16,6	16,2	12,6	12,4	12,2	11,2	2,2	2,6	2,9	3,2
	0,29	0,03	18,0	17,5	17,2	17,0	11,8	11,6	11,5	11,1	1,0	1,2	1,4	1,7
	0,49	0,04	6,1	15,8	15,5	5,3	10,5	9,6	9,5	8,7	1,9	2,2	2,4	2,7
	0,52	0,06	19,4	18,9	18,6	18,3	18,9	18,3	17,4	17,2	0,4	0,8	1,0	1,3
	0,45	0,08	27,9	27,2	26,9	26,4	16,9	16,2	16,1	15,9	1,1	1,4	1,7	1,9
	0,28	0,05	24,7	24,5	24,3	23,9	20,1	19,3	18,9	18,7	2,0	2,7	3,0	3,5
	0,46	0,08	22,1	21,9	21,6	21,4	11,4	11,1	10,2	10,1	0,7	0,9	1,2	1,6
	0,45	0,06	23,7	23,5	23,2	23,0	12,1	11,7	11,1	10,9	1,1	1,5	1,6	1,9

 

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие....................................................... 3

Общие указания.................................................... 3

Указания по разделам............................................... 4

Физика атмосферы................................................. 4

Строение, состав, свойства атмосферы................................. 4

Статика и термодинамика атмосферы..................................9

Лучистая энергия в атмосфере........................................23

Тепловой режим поверхности Земли и атмосферы.......................25

Контрольные работы...............................................31

Учебное издание

с'

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине

"ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ, ОКЕАНА

И ВОД СУШИ"

Елена Георгиевна Головина

Вячеслав Иванович Ковалев

ЛР№ 020309 от 30.12.96

Подписано в печать 24.07.02. Формат 60x90 1/16. Гарнитура Times New Roman.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл.печл. 2,5. Уч.-изд.л. 2,5. Тираж 400 экз. Заказ № 82

РГГМУ, 195196, Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98.

ЗАО «Лека», 195112, Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 68.