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 рв и виртуальную температуру Tv 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, td =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.
