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?

Задание3

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

Задание4

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 егосредняя 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.