Badanie atmosfery 311[24].Z1.01

Transkrypt

1 MINISTERSTWO EDUKACJI i NAUKI Elżbieta Buchcic Badanie atmosfery 311[24].Z1.01 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Radom 2005

2 Recenzenci: mgr inż. Małgorzata Matuszewska mgr inż. Dorota Wierzbowska Opracowanie redakcyjne: mgr Katarzyna Maćkowska Konsultacja: dr hab. Barbara Baraniak Korekta: mgr inż. Teresa Sagan Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[24].Z1.01 Badanie atmosfery zawartego w programie nauczania dla zawodu technik ochrony środowiska. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom

3 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 4 2. Wymagania wstępne 6 3. Cele kształcenia 7 4. Materiał nauczania Budowa atmosfery Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Skład powietrza atmosferycznego Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Procesy i zjawiska atmosferyczne Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Zasady wykonywania pomiarów meteorologicznych Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Mapy pogody Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Rodzaje i źródła zanieczyszczeń powietrza Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Metody pomiaru zanieczyszczeń powietrza Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Oznaczanie parametrów określających stopień zanieczyszczenia powietrza Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Ocena stanu czystości powietrza Materiał nauczania Pytania sprawdzające 53 2

4 Ćwiczenia Sprawdzian postępów Zjawiska związane z zanieczyszczeniem atmosfery smog, kwaśne opady, dziura ozonowa, efekt cieplarniany Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Metody opracowywania wyników badań Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpożarowej obowiązujące podczas prowadzenia badań powietrza Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Sprawdzian osiągnięć Literatura 78 3

5 1. WPROWADZENIE Poradnik będzie Ci pomocny w zapoznawaniu się z nowymi informacjami na temat badania atmosfery oraz w kształtowaniu niezbędnych umiejętności. W poradniku zamieszczono: wykaz umiejętności, jakie powinieneś posiadać przed przystąpieniem do nauki w wybranym przez Ciebie zawodzie, wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem, materiał nauczania czyli wiadomości dotyczące badania atmosfery, zestawy pytań, które pomogą Ci sprawdzić, czy opanowałeś podane treści, ćwiczenia, które mają na celu wykształcenie Twoich umiejętności praktycznych, sprawdzian postępów, wykaz literatury, z jakiej możesz korzystać podczas nauki. W materiale nauczania zostały omówione zagadnienia dotyczące budowy atmosfery, składu powietrza, procesów i zjawisk zachodzących pod wpływem zanieczyszczeń. Zapoznasz się również z zasadami wykonywania pomiarów meteorologicznych oraz z informacjami zamieszczonymi na mapie pogody. Dowiesz się, jakie są parametry i metody pomiaru zanieczyszczeń. Umiejętności zdobyte podczas realizacji programu tej jednostki będą niezbędne w dalszym procesie kształcenia zawodowego, szczególnie podczas zdobywania wiedzy dotyczącej monitorowania powietrza i ochrony powietrza przed zanieczyszczeniem. Zakres treści kształcenia jest bardzo szeroki, ponieważ problemy związane z wysokim stopniem zanieczyszczenia powietrza są bardzo istotne i wymagają wprowadzenia określonych decyzji oraz podjęcia działań ochronnych. Na początku zapoznasz się z wymaganiami dotyczącymi wiedzy, jaką powinieneś dysponować przed przystąpieniem do nauki w ramach tej jednostki modułowej. Następnie poznasz przyjęte w niej cele kształcenia, a zatem umiejętności i wiadomości, którymi musisz operować podczas nauki. Nabędziesz je wykonując ćwiczenia. Jednak wcześniej powinieneś zdobyć niezbędną do ich wykonania wiedzę teoretyczną, z którą zapoznasz się w materiale nauczania. W celu uzupełnienia i wzbogacenia jej, sięgaj też do innych źródeł informacji. Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczeń sprawdzisz swoje wiadomości, odpowiadając na pytania składające się na sprawdzian, który zamieszczony został po części zawierającej materiał nauczania. Wykonując ćwiczenia przedstawione w poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela, będziesz poznawał wiedzę z zakresu badania atmosfery, między innymi na podstawie informacji podanych w materiale nauczania i w instrukcjach ćwiczeń dotyczących: Wykonywania pomiaru siły i kierunku wiatru w terenie. Prognozowania zjawisk atmosferycznych na podstawie mapy pogody. Lokalizowania źródeł emisji zanieczyszczeń pyłowych i gazowych w atmosferze. Oceniania stopnia zanieczyszczenia powietrza na podstawie wyników badań. Oceniania stopnia zanieczyszczenia powietrza na podstawie izolinii stężenia zanieczyszczeń gazowych lub pyłowych. Obliczania poziomu emisji zanieczyszczeń, na podstawie wyników badań. Prognozowania zmian klimatycznych na Ziemi, spowodowanych efektem cieplarnianym. Oceniania zmian w ekosystemach, powstałych w wyniku działania kwaśnych opadów. Po wykonaniu zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów wykonując test Sprawdzian postępów, zamieszczony zawsze po podrozdziale Ćwiczenia. W tym celu: przeczytaj pytania i odpowiedz na nie, podaj odpowiedź wstawiając X w podane miejsce, 4

6 wpisz TAK, jeśli Twoja odpowiedź na pytanie jest prawidłowa, wpisz NIE, jeśli Twoja odpowiedź na pytanie jest niepoprawna. Odpowiedzi NIE wskazują luki w Twojej wiedzy, informują Cię również jakiej wiedzy jeszcze nie nabyłeś. Oznacza to także konieczność powrotu do treści, które nie są dostatecznie opanowane. Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości o badaniu atmosfery będzie stanowiło dla nauczyciela podstawę przeprowadzenia sprawdzianu oceniającego poziom przyswojonych wiadomości i ukształtowanych umiejętności. W tym celu nauczyciel posłuży się Zestawem testów zawierającym różnego rodzaju zadania. W rozdziale 5. tego poradnika jest zamieszczony przykład takiego testu. Zawiera on: instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu, przykładową kartę odpowiedzi, w której, w wolnych miejscach wpisz odpowiedzi na pytania - zadania; będzie to stanowić dla Ciebie trening przed sprawdzianem zaplanowanym przez nauczyciela. Przyjęty system nauczania pozwoli Ci na samodzielne docieranie do informacji zamieszczonych w różnych źródłach i praktyczne działanie. Bezpieczeństwo i higiena pracy. Podczas zajęć musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki. 5

7 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: interpretować wyniki badań, posługiwać się aktami prawnymi, poszukiwać informacji w różnych źródłach, selekcjonować, porządkować i przechowywać informacje, dokumentować, notować i selekcjonować informacje, przeprowadzać nieskomplikowane rozumowania matematyczne, posługiwać się rocznikiem statystycznym i komputerem podczas wyszukiwania danych i przeprowadzaniu ćwiczeń, interpretować związki wyrażone za pomocą wzorów, wykresów, schematów, diagramów, tabel, obserwować i opisywać zjawiska przyrodnicze, dostrzegać i opisywać związki między naturalnymi składnikami środowiska, człowiekiem i jego działalnością, oceniać własne możliwości sprostania wymaganiom stanowiska pracy i wybranego zawodu, posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu ochrony środowiska, a także bezpieczeństwa i higieny pracy. 6

8 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: scharakteryzować warstwy atmosfery, określić skład powietrza atmosferycznego, scharakteryzować zjawiska zachodzące w atmosferze, rozpoznać źródła zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery, określić przyczyny powstawania zanieczyszczeń radioaktywnych w powietrzu, określić sposoby rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w atmosferze, zorganizować stanowisko pracy zgodnie z wymaganiami ergonomii, przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej i ochrony środowiska, zmierzyć parametry meteorologiczne powietrza atmosferycznego, dokonać interpretacji mapy pogody, dobrać metody badań zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego, pobrać i zabezpieczyć próbki powietrza do analizy, posłużyć się aparaturą do pomiaru stężenia zanieczyszczeń atmosfery, oznaczyć parametry określające stopień zanieczyszczenia powietrza, określić stężenie wybranych składników gazowych atmosfery, zmierzyć stopień zapylenia powietrza atmosferycznego, porównać wyniki badań z dopuszczalnymi stężeniami substancji zanieczyszczających powietrze, określić przemiany fizykochemiczne w atmosferze, zachodzące pod wpływem zanieczyszczeń, określić skutki zanieczyszczenia atmosfery, opracować wyniki badań wykorzystując techniki informatyczne, zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pobierania próbek i badania powietrza atmosferycznego. 7

9 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Budowa atmosfery Materiał nauczania Pod pojęciem atmosfery ziemskiej rozumiemy mieszaninę gazów zwaną przez nas powietrzem, otaczającą kulę ziemską w formie gazowej powłoki. Atmosfera ziemska zawiera gazy, których ilość jest generalnie stała (azot, tlen, helowce) oraz takie, których ilość jest zmienna (para wodna, dwutlenek węgla, ozon). Współczesne składniki atmosfery: stałe (w dolnej atmosferze ich proporcje pozostają stałe): 78,08% N 2, 20,95% O 2, 0,93% Ar, 0,002% Ne, 0,0005% He, 0,0001% Kr, 0,00005% H 2, zmienne (zależą od wielu czynników naturalnych i antropogenicznych): ok. 4% para wodna, 0,03% CO2, CO, SO2, SO3, NO2, NO3, O3, aerozole (drobne cząsteczki stałe i ciekłe rozproszone głównie w dolnych warstwach atmosfery): pyły pustynne, pyły wulkaniczne, pyłki roślin, spory, zarodniki, bakterie, cząsteczki soli, zanieczyszczenia. W dolnych 20 kilometrach atmosfery siła ciążenia Ziemi sprawia, że gazy te nie uciekają w przestrzeń kosmiczną. Im wyżej, tym powłoka gazowa robi się rzadsza. Ponadto składa się ona z kilku warstw. Część atmosfery znajdującą się najbliżej powierzchni Ziemi nazywamy troposferą, nad nią znajduje się stratosfera do niej przylega mezosfera, a nad nią rozciąga się termosfera. Od wysokości powyżej 500 km zaczyna się zewnętrzna atmosfera egzosfera, w której występują zjawiska elektromagnetyczne. Atmosferę dzielimy ze wzglądu na jej: skład chemiczny: homosfera (do wys. 90 km; cienka powłoka gazowa chroniąca życie na Ziemi przed niekorzystnym promieniowaniem, wpływa na klimat i pogodę oraz jest źródłem wolnego tlenu niezbędnego dla wszystkich organizmów, w obrębie homosfery znajduje się ozonosfera), 8

10 heterosfera (nad homosferą, chroni przed jonizacją powietrza, zawiera utleniacze dla zanieczyszczeń). temperaturę: troposfera, stratosfera, mezosfera termosfera (in. jonosfera), egzosfera. Troposfera zawiera prawie całą parę wodną znajdującą się w atmosferze (ponad 99 %). Tutaj zachodzą procesy pogodowe, zjawiska związane z kondensacją pary wodnej (chmury) oraz ruchy powietrza (ruchy mas powietrza). Energia słońca ogrzewa Ziemię. Powierzchnia kuli ziemskiej wypromieniowuje ciepło z powrotem i w ten sposób powietrze się ogrzewa. Temperatura powietrza obniża się wraz ze wzrostem wysokości o ok. 6,5 ºC/1 km. Na przejściu do stratosfery temperatura powietrza wynosi ok. 70 ºC. Temperatura stratosfery jest aż do warstwy ozonosfery, która jest jej częścią składową, prawie stałą, tak więc nie mają tu miejsca żadne pionowe ruchy mas powietrza. Warstwa ozonosfery (ok km) pochłania szkodliwe dla organizmów promieniowanie ultrafioletowe w zakresie między nm i poprzez to ogrzewa się nawet do temperatury 0 ºC. W mezosferze temperatura rośnie dalej aż do 50 ºC ( efekt płyty kuchennej w górnej stratosferze), później temperatura spada aż do 70 ºC. W przylegającej do mezosfery termosferze temperatura ponownie rośnie aż do poziomu ºC, jednak ze względu na bardzo rozrzedzone powietrze nie można porównywać warunków tu panujących z warunkami na Ziemi. Składnikiem termosfery jest tlen atomowy (O) i azot obecne tu w skutek promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego. Zachodzą tu procesy elektryczne i występuje jonizacja, stąd też w tym przypadku mówi się także o jonosferze. W egzosferze występują zjawiska elektromagnetyczne. Źródło: Kalendarz ekologiczny Zarząd Ligi Ochrony w Kielcach 9

11 Tabela 1. Budowa atmosfery Warstwa atmosfery Troposfera Wysokość od powierzchni Ziemi Od powierzchni Ziemi do ok km nad równikiem, 8-10 km nad biegunami. Charakterystyka Temperatura powietrza maleje wraz ze wzrostem wysokości, o ok. 6 o C/km, i osiąga w górnej granicy ok. 70 o C, wraz z wysokością maleje również ciśnienie i wilgotność. W troposferze zawarta jest prawie cała (99%) para wodna znajdująca się w atmosferze i ok. 80% powietrza. W tej warstwie występują takie zjawiska atmosferyczne jak chmury, wiatry, wyładowania elektryczne. Tropopauza warstwa przejściowa pomiędzy troposferą i stratosferą o grubości około 2 km. Stratosfera km W stratosferze występuje zjawisko inwersji temperatury: w dolnej części temperatura jest stała i wynosi -55 o C, a w górnej części temperatura rośnie do wartości dodatnich, co jest skutkiem rozpadu tlenu i powstawania ozonu. Ta warstwa zawiera niemal cały ozon atmosferyczny. Stratopauza warstwa przejściowa pomiędzy stratosferą i mezosferą, stała temperatura całym przekroju pionowym bliska 0 o C, zawiera dużo trójcząsteczkowego tlenu, czyli ozonu. Mezosfera km W dolnej części stała temperatura ok. 0 o C, w górnej granicy mezosfery ciśnienie jest około 200 razy niższe niż na Ziemi, dlatego też do tej wysokości występuje ok. 99% atmosfery. Mezopauza warstwa przejściowa pomiędzy mezosferą i termosferą, na wysokości około 85 km. W tej warstwie w szerokościach okołobiegunowych tworzą się zorze polarne. Termosfera Od km do km Warstwa rozrzedzona, temperatura wysoka, wzrastająca wraz z wysokością (od ok. 100 o C do 1000 o C). Termosfera jest warstwą zjonizowanego gazu, w której wyróżnia się jonosferę i kilka mniejszych warstw. Egzosfera Powyżej 500 km Gęstość atmosfery jest bardzo niska, składnikami atmosfery są głównie wodór i hel. Temperatura powyżej 800 o C, ciśnienie bardzo małe. Źródło: Czubaj R., Janiec K.: Tablice przyrodnicze MAC Edukacja S.A., Kielce 2002 (zmienione) Bez atmosfery życie na Ziemi byłoby niemożliwe. Otacza ona naszą planetę niczym płaszcz ochronny, chroniąc ją przed nadmiernym promieniowaniem słonecznym oraz szkodliwymi czynnikami kosmosu. 10

12 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co oznacza pojęcie atmosfera? 2. Jakie są składniki stałe i zmienne oraz aerozole wchodzące w skład atmosfery? 3. Jakie są warstwy atmosfery? 4. Jakie są charakterystyczne zjawiska fizykochemicznie w poszczególnych warstwach? 5. Czy granice poszczególnych warstw można dokładnie określić? 6. Czy atmosfera ziemska jest układem zmieniającym się czy stałym? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wyjaśnij, na podstawie informacji z różnych źródeł, pojęcie atmosfera ziemska. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) wyszukać wyjaśnienia tego terminu w dostępnej literaturze albo skorzystać z Internetu, 2) zanalizować tekst źródłowy zamieszczony w poradniku. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura (słowniki, encyklopedie, czasopisma), komputer z dostępem do Internetu. Ćwiczenie 2 Podaj skład atmosfery ziemskiej. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przeczytać ponownie tekst z Twojego poradnika Materiał nauczania pkt.4.1.1, 2) skorzystać z dodatkowej literatury zgromadzonej na ten temat, 3) podać skład atmosfery ziemskiej. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura (słowniki, encyklopedie, czasopisma), komputer z dostępem Internetu. Ćwiczenie 3 Uzupełnij zdania wpisując brakujące określenia. Atmosferę ziemską dzielimy ze względu na: I.... a)... b) heterosfera II. temperaturę:

13 Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) dokonać analizy tekstu źródłowego oraz zamieszczonych rysunków, 2) wpisać brakujące określenia. Wyposażenie stanowiska pracy: rysunek: budowa atmosfery i tekst, foliogramy, plansze. Ćwiczenie 4 Wskaż, który z przedstawionych schematów budowy atmosfery jest prawidłowy. I II III Egzosfera Troposfera Termosfera Stratosfera Stratosfera Stratosfera Mezosfera Mezosfera Mezosfera Termosfera Termosfera Troposfera Troposfera Egzosfera Egzosfera a) I b) II c) III Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) dokonać analizy rysunków, 2) ustalić kolejność warstw atmosfery, 3) wskazać prawidłową odpowiedź. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura, rysunki, foliogramy, plansze. Ćwiczenie 5 Scharakteryzuj poszczególne warstwy atmosfery według ich kolejności występowania zaczynając od troposfery. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) dokonać analizy informacji zamieszczonych w tabeli oraz zgromadzonej literatury źródłowej na ten temat, 2) ustalić i wymienić warstwy atmosfery według kolejności, 3) podać charakterystykę zjawisk fizykochemicznych w poszczególnych warstwach. 12

14 Wyposażenie stanowiska pracy: literatura, rysunki, foliogramy, plansze Sprawdzian postępów Tak Nie Czy potrafisz: 1) zdefiniować pojęcia: atmosfera ziemska, troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera? 2) wymienić: współczesne składniki atmosfery, warstwy atmosfery, zjawiska fizykochemiczne w poszczególnych warstwach atmosfery? 3) dokonać podziału atmosfery ze względu na jej: skład chemiczny, temperaturę? 4) omówić na podstawie analizy rysunku fizykochemicznego, strukturę atmosfery ziemskiej? 5) scharakteryzować poszczególne warstwy atmosfery? 6) uzasadnić, czy atmosfera jest układem statycznym czy dynamicznym? 7) odszukać w Internecie informacje dotyczące budowy atmosfery? 13

15 4.2. Skład powietrza atmosferycznego Materiał nauczania Powietrze to mieszanina gazów otaczających ziemię w formie powłoki gazowej. Czyste i suche powietrze składa się głównie z: azotu (78,09 %), tlenu (20,95 %), oraz argonu (0,93 %) i dwutlenku węgla (0,03 %). W skład pozostałej 0,01 % wchodzą takie gazy, jak: neon, hel, krypton, ksenon i ozon, a także metan, tlenki azotu (N 2 O i NO 2 ) oraz śladowe ilości amoniaku (NH 3 ), powietrze znajdujące się w atmosferze zawiera ponadto zawsze pewną ilość pary wodnej. Przestrzenny skład powietrza jest bardzo zróżnicowany, gdyż stale emitowane są do niego zanieczyszczenia z różnych emitorów. Emitorami są źródła, które emitują, wyrzucają w powietrze substancje zanieczyszczające powodując zanieczyszczenie powietrza. Rys. 2. Procentowy skład powietrza Źródło: Kalendarz ekologiczny Zarząd Ligi Ochrony w Kielcach 14

16 Powietrze jest bezbarwną i bezwonną mieszaniną gazów. Aby można je określić potocznym terminem dobre powietrze tzn. najlepsze do oddychania między innymi dla człowieka powinno być: bogate w tlen, dostatecznie wilgotne, wolne od pyłów i sadzy, wolne od trujących składników. Nie zawsze można od razu zauważyć, czy oddycha się dobrym czy złym powietrzem. Dym, pył i sadzę najczęściej można zauważyć lub wyczuć. W wielu jednak przypadkach substancje szkodliwe dają się wykryć dopiero przy pomocy technicznych przyrządów pomiarowych. Powłoka, jaką tworzy powietrze atmosferyczne wokół Ziemi jest atmosferą. Ochrania ona Ziemię przed nadmiernym ochłodzeniem lub przegrzaniem. W dolnych warstwach atmosfery gromadzą się zanieczyszczenia pochodzące z Ziemi. W najniższej warstwie tworzą się chmury, powstają opady, wieją wiatry, zachodzą prawie wszystkie zjawiska pogodowe. Wraz ze wzrostem wysokości spada temperatura, średnio 0,5 o C na każde 100 metrów Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonywania ćwiczeń. 1. Co to jest powietrze? 2. Jakie gazy wchodzą w skład powietrza oraz jaki jest ich udział objętościowy [%]? 3. Jak nazywają się poszczególne składniki powietrza atmosferycznego? 4. Jakie cechy powinny charakteryzować powietrze, którym oddychamy? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Podaj definicję i skład powietrza uwzględniając udział % poszczególnych składników. Do jakiej wysokości nad powierzchnię Ziemi utrzymuje się taki skład? Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenia powinieneś: 1) przeczytać tekst zamieszczony w materiale nauczania, 2) dokonać analizy rysunków, plansz i foliogramów, 3) ustalić, do jakiej wysokości nad powierzchnią Ziemi utrzymuje się taki skład powietrza. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura, rysunki, plansze, foliogramy. Ćwiczenie 2 Przedstaw za pomocą diagramu kołowego skład powietrza. 15

17 Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) dokonać analizy danych dotyczących składu powietrza, 2) sporządzić diagram kołowy składu powietrza. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura, rysunki, plansze, foliogramy, materiały biurowe. Ćwiczenie 3 Zastanów się i napisz czy na co dzień oddychamy powietrzem o składzie podanym w materiale nauczania. Wymień jakimi dodatkowymi właściwościami powinno charakteryzować się powietrze. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) dokonać analizy tekstu, 2) przedyskutować ten problem z innymi uczniami, 3) przedstawić te informacje jako wnioski z dyskusji. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura Sprawdzian postępów Tak Nie Czy potrafisz: 1) zdefiniować pojęcia: powietrze, czyste powietrze, atmosfera? 2) wymienić skład powietrza, udział objętościowy [%] poszczególnych składników, właściwości powietrza? 3) nazwać poszczególne składniki powietrza? 4) podać udział objętościowy [%] poszczególnych składników? 5) scharakteryzować właściwości powietrza? 6) wykonać diagram kołowy składu powietrza? 7) odszukać w różnych źródłach niezbędne informacje? 16

18 4.3. Procesy i zjawiska atmosferyczne Materiał nauczania W dolnej warstwie atmosfery, troposferze zachodzą procesy kształtujące pogodę i klimat. Do głównych procesów kształtujących pogodę zalicza się: obieg ciepła, obieg wilgoci i krążenie powietrza. Źródłem energii tych procesów jest energia promieniowania słonecznego. Dopływająca do powierzchni Ziemi energia słoneczna oraz ruchy, jakie wykonuje nasza planeta, wpływają na ciągłe zmiany stanów atmosfery. Ogólna cyrkulacja powietrza związana jest z nieustannym przemieszczaniem się mas powietrza. Mają one bardzo różne właściwości fizyczne, w zależności od podłoża, nad którym się tworzą. Masy powietrza występujące nad różnymi obszarami powierzchni Ziemi różnią się od siebie wilgotnością i temperaturą. Powietrze ogrzewa się lub ochładza powodując zmiany ciśnienia atmosferycznego. Ich następstwem są poziome i pionowe ruchy mas powietrza, a także częste zawirowania w troposferze. Parowanie wody z powierzchni Ziemi powoduje stały dopływ pary wodnej do atmosfery. Jej kondensacja w powietrzu prowadzi do powstawania chmur, z których powstają opady atmosferyczne. Procesy te są przyczyną nieustannej zmienności pogody. Najważniejsze zjawiska fizyczne, które zachodzą w troposferze to: zachmurzenie, opady, wiatry, nasłonecznienie. Są one podstawą do określenia pogody, a opisując ją podaje się jej główne składniki: temperaturę powietrza, nasłonecznienie, opady, ciśnienie atmosferyczne, wilgotność powietrza oraz kierunek i prędkość wiatru. Troposfera jest sferą dynamiczną. Jej charakter podkreślają tzw. ekstremalne stany i zjawiska pogodowe. Są to najwyższe i najniższe wielkości elementów meteorologicznych, zanotowane w danej stacji w określonym czasie. Zaliczyć do nich należy: burze, cyklony, trąby powietrzne, tornada, huragany, tajfuny. Ekstremalne zjawiska pogodowe są przyczyną klęsk żywiołowych. Przykładem zjawisk pogodowych w skali regionalnej są fronty atmosferyczne. Fronty atmosferyczne tworzą się, gdy dochodzi do zetknięcia się dwu mas powietrza o różnych własnościach fizycznych. Ciepłe powietrze jest lżejsze od zimnego i unosi się do góry. Nazwa frontu zależy od tego, jaka masa powietrza nasuwa się na masę powietrza zalegającą na danym terenie. Jeśli, np. ciepłe powietrze nasuwa się na zimne to nazywamy to frontem ciepłym. Front zimny przynosi nagłe zmiany pogody, zaś przy froncie ciepłym te zmiany są wolniejsze. Zjawiska meteorologiczne, zachodzące w troposferze i kształtujące pogodę nad danym obszarem kuli ziemskiej, zależą od określonych czynników. Czynniki dzieli się na trzy grupy: astrofizyczne, geofizyczne, geograficzne. Masy powietrza: równikowe występują w strefie okołorównikowej, zwrotnikowe występują w strefie wyżów podzwrotnikowych, polarne występują w umiarkowanych szerokościach geograficznych, arktyczne, a na półkuli południowej antarktyczne. Granice pomiędzy poszczególnymi masami powietrza nazywamy frontami atmosferycznymi, gdzie front arktyczny oddziela powietrze arktyczne od polarnego, front polarny oddziela powietrze zwrotnikowe od polarnego, front równikowy oddziela pasaty półkuli północnej i południowej. 17

19 Cechy fizyczne mas powietrza mogą ulegać zmianie w wyniku przemieszczania się nad różnymi rodzajami podłoża. Masy powietrza, które przemieszczają się z terenu źródłowego nad inne rejony powierzchni Ziemi tracą swoje pierwotne cechy (np. z oceanów ma kontynenty lub odwrotnie), po czym nabierają nowych cech, charakterystycznych dla nowych obszarów, gdzie osuszają się lub stają bardziej wilgotne, albo ocieplają lub ochładzają. Jest to powodem występowania zakłóceń w ogólnej cyrkulacji atmosfery, szczególnie w średnich szerokościach geograficznych. Na cyrkulację powietrza średnich szerokości geograficznych wpływają tworzące się lokalne wyże lub niże baryczne. Wyże baryczne charakteryzują się małym zachmurzeniem, małą ilością opadów oraz dużą amplitudą temperatury powietrza między zimą a latem. Niże baryczne charakteryzują się dużym zachmurzeniem, dużą ilością opadów, małą amplitudą temperatury pomiędzy zimą a latem. Na zróżnicowanie temperatury powietrza atmosferycznego wywierają wpływ następujące czynniki: szerokość geograficzna, rozmieszczenie lądów i oceanów, prądy morskie, cyrkulacja atmosferyczna, ukształtowanie powierzchni, rodzaj podłoża, zachmurzenie, zapylenie atmosfery, zanieczyszczenie atmosfery. Ciśnienie atmosferyczne zależy od szerokości geograficznej, wysokości nad poziomem morza i pory roku. Różny poziom nagrzania powierzchni Ziemi powoduje różnice ciśnienia atmosferycznego. Normalnemu ciśnieniu atmosferycznemu odpowiada ciśnienie słupa rtęci o wartości 760 mm Hg, czyli 1013 hpa, na poziomie morza przy temperaturze 0 o C. Ciśnienie spada wraz ze wzrostem wysokości (średnio o 1 hpa na 8 m wysokości w przyziemnej warstwie troposfery). Powietrze, będąc gazem, dąży do wyrównania ciśnienia, powstaje więc ruch powietrza skierowany zawsze od ciśnienia wyższego do niższego. Ten poziomy ruch powietrza nazywamy wiatrem. Prędkość wiatru zależy od różnicy ciśnienia i mierzy się ją w skali Beauforta (od 0 do 12 stopni). Bryza jest to wiatr lokalny wiejący w rytmie dobowym, wywołany nierównomiernym nagrzewaniem się powierzchni lądów i zbiorników wodnych. Bryza nocna wieje z lądu na morze, gdy nad wychłodzonym lądem tworzy się wyż. Bryza dzienna wieje z morza na ląd, gdy nad nagrzanym lądem tworzy się układ niskiego ciśnienia. Bryzie dziennej towarzyszy powstawanie nad lądem chmur kłębiastych. Bryza występuje nad brzegami mórz oraz dużych jezior. W dolnej warstwie troposfery zachodzą zjawiska kształtujące pogodę i klimat. Pogoda to stan fizyczny atmosfery w danej chwili na danym obszarze. Pogodę określają: ciśnienie, wiatr, zachmurzenie nasłonecznienie, temperatura powietrza, opady, pogoda zmienia się w cyklu dobowym i rocznym. 18

20 Klimat to charakterystyczny dla danego obszaru zespół zjawisk i procesów atmosferycznych kształtujących się pod wpływem właściwości fizycznych i geograficznych tego obszaru, określony na podstawie wieloletnich obserwacji. Składniki klimatu są takie same jak pogody. Procesy klimatotwórcze to: obieg ciepła, obieg wilgoci, cyrkulacja powietrza. Do geograficznych czynników kształtujących klimat zalicza się: szerokość geograficzna, prądy morskie, wysokość nad poziomem morza, odległość od mórz i oceanów, ukształtowanie terenu, szata roślinna, pokrywa śnieżna. Klimaty na Ziemi układają się strefowo. Kryterium podziału na podstawowe strefy klimatyczne stanowią: temperatura, wiatry, opady. Ponadto w każdej strefie klimatycznej może występować klimat górski, charakteryzują go zmiany klimatyczne postępujące wraz ze wzrostem wysokości. Strefy klimatyczne świata: okołorównikowa, zwrotnikowa, podzwrotnikowa, umiarkowana, okołobiegunowa Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonywania ćwiczeń. 1. Co to są zjawiska atmosferyczne? 2. Jakie poznałeś zjawiska atmosferyczne? 3. Jakie masy powietrza występują w atmosferze ziemskiej? 4. Jakie czynniki wpływają na zróżnicowanie temperatury powietrza atmosferycznego? 5. Czym charakteryzują się wyże i niże baryczne? 6. Co to jest ciśnienie atmosferyczne? 7. Jak powstaje wiatr? 8. Co to jest bryza? 9. Co to jest pogoda? 10. Co to jest klimat? 11. Jakie są czynniki kształtujące klimat? 12. Jakie wyróżniamy strefy klimatyczne na świecie? 19

21 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wyjaśnij pojęcia dotyczące zjawisk atmosferycznych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) wyjaśnić pojęcie: zjawisko atmosferyczne, 2) podać przykłady zjawisk atmosferycznych, 3) podać definicję dwóch wybranych zjawisk. Wyposażenie stanowiska pracy: tekst źródłowy. Ćwiczenie 2 Scharakteryzuj procesy i zjawiska atmosferyczne. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) wyjaśnić, na czym polega dynamika zjawisk atmosferycznych, 2) wyjaśnić, dlaczego na niektórych obszarach Ziemi pogoda jest stabilna w ciągu roku, na innych natomiast mało stabilna, 3) zlokalizować rejony świata, w których występują stabilne i niestabilne warunki pogodowe. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura, Internet, tablice graficzne, foliogramy, mapy tematyczne. Ćwiczenie 3 Określ znaczenie badania zjawisk atmosferycznych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) wyjaśnić, dlaczego badanie zjawisk pogodowych ma duże znaczenie w życiu i działalności człowieka, 2) wyszukać w literaturze przykłady ekstremalnych zjawisk meteorologicznych i podać ich znaczenie. Wyposażenie stanowiska pracy: tekst źródłowy, komputer z dostępem do Internetu. 20

22 Ćwiczenie 4 Dokonaj pomiarów temperatury powietrza, opadów, ciśnienia atmosferycznego oraz prędkości i kierunku wiatru. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) dokonać przy pomocy odpowiednich przyrządów następujących pomiarów: a) temperatury powietrza, b) opadów, c) ciśnienia atmosferycznego, d) prędkości i kierunku wiatru. 2) podać wyniki, określając termin pomiaru. Wyposażenie stanowiska pracy: przyrządy niezbędne do pomiaru procesów i zjawisk atmosferycznych, notatniki. Ćwiczenie 5 Oblicz średnie roczne temperatury w Godthab i w Warszawie. Tabela 2. Przebieg średnich temperatur powietrza w Godthab i Warszawie. Nazwa stacji Wysokość w m.npm T o C I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII średnia roczna temperatura Godthab Szer.64 N Dł.51 W Warszawa Szer.52 N Dł.21 E 20 T -9, ,5-4,0 0,8 4,4 6,5 6,3 3,2 0,8-4,6-7,9 106 T -3,5-2,5 1,4 8,0 14,0 17,5 19,2 18,2 13,9 8,1 3,0-0,6 Źródło: Pydziński B., Zając S.: Klimatologia w szkole. WSiP, Warszawa 1980 Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) odszukać na mapie świata wymienione stacje, 2) określić, która z tych stacji leży bliżej bieguna północnego, 3) obliczyć, ile wynoszą na tych stacjach minimalne i maksymalne temperatury, 4) obliczyć, ile miesięcy w roku średnia temperatura powietrza na tych stacjach jest poniżej 0 o C. Porównać wyniki w obu stacjach ze sobą, 5) obliczyć średnie roczne temperatury na obu stacjach i porównać wyniki, 6) porównać warunki życia w Godthab i w Warszawie. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura, mapy. 21

23 Sprawdzian postępów Tak Nie Czy potrafisz: 1) zdefiniować zjawiska meteorologiczne: zachmurzenie, nasłonecznienie, wiatr, opady, ciśnienie atmosferyczne, pogoda, klimat, wyże i niże baryczne? 2) wymienić zjawiska atmosferyczne? 3) podać przykłady ekstremalnych zjawisk atmosferycznych?: 4) określić znaczenie badania zjawisk atmosferycznych 5) scharakteryzować: czynniki wpływające na zróżnicowanie temperatury powietrza, procesy klimatotwórcze, strefy klimatyczne świata, czynniki wpływające na kształtowanie się klimatu? 6) dokonać prostych pomiarów meteorologicznych i obliczeń? 7) rozróżnić poszczególne zjawiska atmosferyczne? 8) scharakteryzować zjawiska zachodzące w atmosferze? 9) posługiwać się mapą i innymi źródłami informacji? 22

24 4.4. Zasady wykonywania pomiarów meteorologicznych Materiał nauczania Rozwój cywilizacji sprawił, że w ostatnim stuleciu powstała służba pogody działająca we wszystkich krajach, a także na oceanach i w obszarach arktycznych. Regionalne służby tworzą system Światowej Organizacji Meteorologicznej. Realizuje ona dwa programy: Światowa Kontrola Pogody, Światowy Program Badania Atmosfery. W Polsce podobnie jak we wszystkich krajach UE i świata dokonywane są obserwacje meteorologiczne przez służby meteorologiczne. Badania prowadzone są przez Państwową Służbę Hydrologiczno-Meteorologiczną Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej i obejmują m.in.: prowadzenie systematycznych pomiarów i obserwacji przy pomocy podstawowych systemów i sieci pomiarowych, zbieranie, przechowywanie, przetwarzanie i udostępnianie materiałów pomiarowych i obserwacyjnych krajowych i zagranicznych. PSHM zapewnia bieżące informacje o stanie atmosfery i hydrosfery, prognozy i ostrzeżenia. W skład systemu PSHM wchodzą trzy podsystemy: 1) obserwacyjno-pomiarowy, 2) teleinformacyjny i łączności, 3) przekazywanie danych, prognozowanie i ostrzeganie. Obserwacje i pomiary prowadzone są według międzynarodowych standardów. Podstawowym miejscem obserwacji jest ogródek meteorologiczny znajdujący się w każdej stacji. Ogródek Meteorologiczny Lokalizacja Ogródek meteorologiczny powinien być urządzony w terenie otwartym. Najlepsze miejsce to takie z dala od budynków, drzew, otwartej wody, czyli wszystkiego co mogłoby utrudniać wymianę powietrza i mieć bezpośredni wpływ na wyniki pomiarów. Nie jest też właściwe umieszczanie ogródka na terenach zupełnie otwartych i bardzo rozległych, gdyż w tym przypadku wiatr może zakłócać pomiary wysokości opadu atmosferycznego oraz nawiewać śnieg do ogródka i tworzyć zaspy. Przestrzegając poniższych zasad, można uzyskać reprezentatywne wyniki obserwacji: w odległości 30 m od ogródka nie mogą znajdować się żadne budowle, drzewa, krzewy oraz uprawy sztucznie zraszane, w odległości ponad 30 m od ogródka mogą stać małe pojedyncze obiekty, np. parterowy dom czy drzewo, jednak ta odległość nie może być mniejsza niż 10-cio krotna ich wysokość, w odległości ponad 100 m od ogródka może być luźna zabudowa i małe grupy drzew, w odległości ponad 300 m od ogródka mogą znajdować się zwarte zespoły drzew (sady i parki), w odległości co najmniej 500 m od ogródka mogą stać już wielopiętrowe bloki mieszkalne. Urządzenie Ogródek powinien mieć kształt kwadratu z bokami skierowanymi wzdłuż linii północpołudnie i wschód-zachód. Przyjęte minimalne rozmiary ogródka to 15 x 15 m, choć jego 23

25 wielkość zależna jest od zakresu pomiarów. Teren ogródka powinien być wyrównany, bez dołów i górek, porośnięty trawą. Tylko wówczas, gdy jest to rejon, np. piaszczysty (wydmy nadmorskie) i wpływa to na rodzaj klimatu, trawy nie należy siać. Nie powinno być tam pni, drzew czy krzewów. Rozmieszczenie przyrządów powinno być takie, aby jedne nie zakłócały pracy drugich. Niższe powinny być instalowane od strony południowej, wyższe od północnej. Urządzenia do instalacji przyrządów należy pomalować białą farbą, aby podczas upałów jak najmniej się nagrzewały. Ścieżki należy ograniczyć tylko do koniecznych, a ich szerokość nie może przekraczać 0,5 m. Całość należy ogrodzić niezbyt gęstą siatką o wysokości około 1,5 m, a bramka musi być zamykana na klucz. Utrzymywanie Powierzchnia terenu ogródka powinna być naturalna. Nie powinno się jej deptać, a w okresie letnim należy regularnie kosić trawę. Zimą, śnieg także powinien pozostać w stanie naturalnym, aż stopnieje. Jedynie bardzo wysokie zaspy należy zniwelować do średniej wysokości pokrywy. Nie wolno dopuszczać, aby na urządzeniach gromadziły się pajęczyny, kurz czy brud. Przyrządy w ogródku meteorologicznym: Rys. 3. Przyrządy pomiarowe w ogródku meteorologicznym Źródło: Internet. 24

26 Podstawowe przyrządy do wykonywania pomiarów na stacjach meteorologicznych: 1. Widzialnościomierz - Vaisala Pomiar widzialności poziomej w zakresie od 10 m do 50 km. Czujnik MAWS - automatycznej stacji meteorologicznej [Automatic Weather Station]. 2. Laserowy miernik podstawy chmur - Vaisala Pomiar wysokości podstawy chmur niskich, do 2500 m. Czujnik MAWS. 3. Poletko z termometrami gruntowymi Pomiar temperatury przy powierzchni gruntu i w gruncie - 5 cm nad gruntem, w gruncie na głębokości 5, 10, 20, 50 i 100 cm. 4. Urządzenie do pomiaru całkowitego promieniowania słonecznego i bilansu radiacyjnego Pyranometry Molla-Gorczyńskiego - promieniowanie całkowite, pyranometr Funka - bilans radiacyjny. Ciągła i automatyczna rejestracja promieniowania Słońca i nieba. 5. Urządzenie do automatycznego pomiaru dobowej sumy usłonecznienia - Vaisala Pomiar polega na zliczaniu czasu występowania bezpośredniego promieniowania przekraczającego 120 W/m 2. Czujnik MAWS. 6. Wiatromierze: a) elektroniczny Vaisala - czujnik MAWS, b) elektroniczny AVIOMET. 7. Heliograf Campbella-Stokesa Pozwala określić przedział czasu, w którym natężenie promieniowania bezpośredniego przekracza wartość progową ustaloną przez WMO (120 W/m 2 ). 8. Urządzenie do pomiaru promieniowania rozproszonego Pyranometr - do pomiaru natężenia promieniowania słonecznego rozproszonego w atmosferze (promieniowania nieboskłonu). 9. Urządzenie do pomiaru widm promieniowania słonecznego Rejestracja widma słonecznego w trzech zakresach. 10. Klatka meteorologiczna, a w niej: a) termometr rtęciowy suchy, b) termometr rtęciowy zwilżony, c) termometr maksymalny, d) termometr minimalny, e) czujnik temperatury i wilgotności Vaisala. Wyniki pomiarów termometrów są odczytywane przez obserwatora, a czujnik temperatura - wilgotność jest czujnikiem MAWS. 11. Aktynometr - Linke-Feussnera pancerny Pozwala na pomiar bezpośredniego promieniowania Słońca. Urządzenie jest wyposażone w standardowe filtry Schotte`a, umożliwiające - oprócz pomiarów w pełnym zakresie widma słonecznego - pomiary natężenia w wydzielonych jego obszarach. 12. Deszczomierze: a) Hellmanna, tradycyjny, b) Rejestrujący. Powierzchnia wlotu deszczomierzy wynosi 200 cm 2. Wloty są umieszczone na wysokości 1 m nad gruntem. Deszczomierze służą do pomiaru ilości spadłego opadu (deszczu, śniegu, mżawki i innych). Deszczomierz Hellmanna jest obsługiwany przez obserwatora, a deszczomierz rejestrujący (czujnik MAWS) mierzy opad z dokładnością do 0,1 mm. [Źródło: Internet, Obecnie stacje meteorologiczne wykonują 24 obserwacje na dobę, w pełnych godzinach od 0:00 do 23:00. Terminy obserwacji synoptycznych (w Polsce, tak jak i na świecie) zapisywane są w czasie UTC (Universal Time Coordinated). Wyróżniamy dodatkowo międzynarodowe terminy głównie obserwacji synoptycznych oraz terminy pośrednie obserwacji synoptycznych. 25

27 Terminy główne: 0:00; 6:00; 12:00 i 18:00 UTC. Dla Polski są to godziny czasu urzędowego: w czasie obowiązywania czasu letniego odpowiednio 2:00; 8:00; 14:00 i 20:00, w czasie obowiązywania czasu zimowego odpowiednio 1:00; 7:00; 13:00 i 19:00. Terminy pośrednie: 03:00; 09:00; 13:00 i 21:00 UTC: w czasie obowiązywania urzędowego czasu letniego odpowiednio 5:00; 11:00; 17:00 i 23:00, w czasie obowiązywania urzędowego czasu zimowego odpowiednio 4:00; 10:00; 16:00 i 22:00. Urządzenia automatyczne są programowane i mogą przesyłać dane z częstotliwością dostosowaną do potrzeb odbiorców (nawet co kilkanaście minut). Standaryzacja pomiarów umożliwia wymianę informacji (obserwacji i pomiarów) nie tylko między stacjami i oddziałami IMGW, ale również ogólnoświatową Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonywania ćwiczeń. 1. Kto jest odpowiedzialny za dokonywanie obserwacji meteorologicznych? 2. Czego dotyczą te badania? 3. Jakie są podsystemy PSHM? 4. Jakie warunki są niezbędne podczas lokalizacji ogródka meteorologicznego? 5. Jakie są podstawowe przyrządy w ogródkach meteorologicznych? 6. Do czego służą poszczególne przyrządy meteorologiczne? 7. Kiedy dokonuje się pomiarów? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Określ sposób i organizację pomiarów meteorologicznych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) określić, który z wymienionych skrótów odpowiada nazwie służby meteorologicznej dokonującej pomiarów w Polsce: PSHM IMGW, PSMH IMGW, PHMS IMGW, PMHS IMGW, 2) napisać pełną nazwę tej organizacji, 3) podać nazwę organizacji międzynarodowej zajmującej się dokonywaniem badań meteorologicznych. Wyposażenie stanowiska pracy: zasady organizowania pomiarów, tekst źródłowy, komputer z dostępem do Internetu. 26

28 Ćwiczenie 2 Przedstaw, jakie są główne zasady dokonywania pomiarów meteorologicznych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) określić miejsce dokonywania pomiarów, 2) wymienić podstawowe pomiary meteorologiczne, 3) ustalić, które dane są uzyskane z pomiarów, 4) wymienić podstawowe przyrządy w ogródkach meteorologicznych, 5) opisać poszczególne przyrządy meteorologiczne, 6) podać sposoby ich wykorzystania, 7) określić czas dokonywania pomiarów, 8) ustalić, jakie znaczenie mają pomiary meteorologiczne. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura, komputer z dostępem do Internetu, przyrządy do pomiarów meteorologicznych powietrza lub ich katalogi, filmy lub zdjęcia ogródków meteorologicznych Sprawdzian postępów Tak Nie Czy potrafisz: 1) zdefiniować: PSHM IMGW, Stacja meteorologiczna, ogródek meteorologiczny? 2) wymienić cele dokonywania pomiarów meteorologicznych? 3) omówić podstawowe pomiary dokonywane na stacjach meteorologicznych? 4) wymienić przyrządy pomiarowe znajdujące się w ogródku meteorologicznym? 5) omówić zasady wykonywania pomiarów meteorologicznych? 6) rozróżnić przyrządy znajdujące się w ogródku meteorologicznym? 7) scharakteryzować ich funkcje? 8) zmierzyć parametry meteorologiczne powietrza atmosferycznego? 9) zorganizować stanowisko pracy zgodnie z wymaganiami ergonomii, przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej i ochrony środowiska? 10) wyszukiwać informacje z różnych źródeł? 27

29 4.5. Mapy pogody Materiał nauczania Znajomość stanów pogody nad konkretnymi obszarami kuli ziemskiej ma istotne znaczenie dla życia współczesnych społeczeństw. Prognozy pogody wykorzystuje silnie rozbudowana komunikacja, rybołówstwo morskie oraz wiele gałęzi przemysłu i rolnictwa, a także każdy człowiek. Na podstawie zebranych informacji ze stacji meteorologicznych powstają mapy synoptyczne, czyli mapy pogody. Na mapie synoptycznej przedstawione są warunki atmosferyczne panujące przy powierzchni Ziemi. Ich analiza pozwala na prognozowanie pogody na najbliższy okres. Prognozowanie polega na odczytaniu z mapy informacji meteorologicznych i na podstawie znajomości procesów zachodzących w atmosferze przewidywaniu dalszego ich rozwoju. Im dokładniejsza jest mapa synoptyczna i im większy obszar obejmuje, tym prognoza jest trafniejsza. W analizie mapy należy uwzględnić: 1) Rozkład ciśnienia atmosferycznego i kierunki wiatrów: lokalizacja ośrodków wysokiego i niskiego ciśnienia, kierunek przepływu mas powietrza, poziomy ruch powietrza, odległości między izobarami (im bliżej położone są izobary, tym większa jest różnica ciśnienia i większa jest prędkość wiatru). 2) Temperaturę powietrza: rozkład temperatur (wyznaczanie obszarów wyraźnie różnych termicznie), zgodnie z kierunkiem przesuwania się mas powietrza, prognozowanie zmian temperatury. 3) Fronty atmosferyczne: front atmosferyczny to strefa przejściowa między dwoma masami powietrza różniącymi się cechami fizycznymi temperaturą i wilgotnością, front ciepły powstaje, gdy cieplejsza masa powietrza nasuwa się na masę chłodną, front chłodny tworzy się, gdy chłodna masa powietrza zajmuje miejsce powietrza ciepłego. Na podstawie map dokonuje się przewidywania pogody. Do pomiarów i przekazywania informacji meteorologicznych wykorzystuje się sztuczne satelity (biegunowe, geostacjonarne). Przykładowe satelity meteorologiczne to: METEOSAT, INSAT, GMS. Znajomość meteorologii i czytania map wykorzystywana jest w komunikacji drogowej, lotniczej, morskiej i śródlądowej. Korzysta z niej rybołówstwo morskie, rolnictwo i wiele gałęzi przemysłu. Prognozowanie pogody na podstawie obserwacji oznak lokalnych Na codzienny użytek zwykle wystarczają bardzo ogólne informacje o przyszłym stanie pogody. Można je uzyskać na podstawie obserwacji wizualnych nie wykorzystując do tego celu specjalistycznych przyrządów pomiarowych. Wnioski prognostyczne wypływające z tych obserwacji mają znaczenie tylko dla danego punktu i zazwyczaj na kilka najbliższych godzin. 28

30 Wykorzystując oznaki lokalne do prognozy pogody należy pamiętać, że wnioskowanie na podstawie tylko jednej oznaki przeważnie okazuje się błędne. Prawdopodobieństwo trafnej prognozy pogody jest tym większe, im większa jest liczba oznak wskazująca na ten sam charakter zmian stanu pogody. Poniżej zestawiono oznaki lokalne, które umożliwiają przewidzenie zmian w najbliższych godzinach niektórych parametrów pogody. Oznaka lokalna Prognoza Ciśnienie powietrza ciśnienie systematycznie maleje nadciąganie niżu (front ciepły), opady, silny wiatr zbliżanie się cyklonu tropikalnego lub głębokiego bardzo szybki spadek ciśnienia niżu pozazwrotnikowego systematyczny wzrost ciśnienia po pogodzie nadciąganie wyżu, poprawa pogody deszczowej z silnym wiatrem podczas mgły wzrost ciśnienia zanik mgły na krzywej kreślonej przez barograf widać wyraźnie utrzymanie się dobrej pogody regularne wahania dobowe ciśnienia spadek ciśnienia o 2-4 hpa w ciągu 3 godzin przednia część niżu, wzrost prędkości wiatru wzrost ciśnienia o więcej niż 4 hpa w ciągu 3 godzin przejście frontu chłodnego, wzrost prędkości wiatru Wiatr niezmieniający się wiatr zachodni podczas niepogody utrzymanie się pogody podczas długotrwałego deszczu prędkość wiatru zanik deszczu wyraźnie wzrasta wiatr, który przez wiele dni wiał z jednego kierunku, pogorszenie się pogody, opady, silny wiatr raptownie skręca prędkość wiatru rośnie, wiatr nie zmienia kierunku nadciąga niż poza zwrotnikowy lub cyklon (maleje ciśnienie) tropikalny prędkość wiatru maleje, wiatr nie zmienia kierunku niż poza zwrotnikowy lub cyklon tropikalny oddala (rośnie ciśnienie) się wiatr wieczorem się wzmaga możliwość pogorszenia się pogody występowanie wyraźnej cyrkulacji bryzowej (bryzy) utrzymanie się dobrej pogody zanik bryz szczególnie na obszarach gdzie są pogorszenie się pogody powszechne Temperatura powietrza wzrost temperatury powietrza zimą i nieznaczny zbliżanie się frontu ciepłego spadek latem szybki spadek temperatury podczas niepogody przeszedł front chłodny nienormalny wzrost temperatury wieczorem i nocą pogorszenie się pogody Wilgotność powietrza szybki wzrost prężności pary wodnej przy jednoczesnym wzroście temperatury powietrza opady, burza (latem) i spadku ciśnienia szybki wzrost prężności pary wodnej przy mgła jednoczesnym spadku temperatury powietrza duży wzrost prężności pary wodnej przy stałym burza spadku ciśnienia powietrza Chmury nadciągające i stopniowo gęstniejące chmury Ci pogorszenie się pogody, front ciepły chmury Ci w małej ilości i rozrzucone po niebie, utrzymanie się dobrej pogody poruszające się powoli chmury Cs zakrywające całe niebo po szybkim nadciąganie frontu ciepłego przejściu chmur Ci chmury Ac z rozpływającymi się brzegami nadciągające w ślad za chmurami Ci i Cs i stopniowo front ciepły, opady, silny wiatr łączące się w jednolitą warstwę 29

31 chmury Ac w postaci stosunkowo niewielkich i szybko zmieniających się, pojawiające się łącznie z chmurami Ci i przechodzące później w chmury Sc lub chmury o kształcie soczewek (Ac lent) chmury As pojawiające się za chmurami Ci, gęstniejące i obniżające się (przy stałym spadku ciśnienia) przejaśnienie za ustępującymi chmurami Sc, których granica jest na ogół bardzo wyraźna niskie chmury St obserwowane w nocy, a w ciągu dnia przechodzące w chmury Cu strzępy niskich chmur przesuwające się pod chmurami Cb, Ns, As lub pod gęstymi chmurami Sc chmury Cu rozrastające się znacznie (poziomo i pionowo) chmura Ch widoczna w pobliżu widnokręgu i przypominająca kowadło lub grzyb z chmurami Ci rozchodzącymi się od wierzchołka ciemny wał u podstawy chmury Ch (kołnierz burzowy) chłodny front, przelotne opady, burza front ciepły, opady, silny wiatr dobra pogoda pogoda z przelotnymi opadami i silnym wiatrem (front chłodny) pogoda z wiatrem i opadami przelotne opady, silny wiatr, możliwe szkwały burza, silny szkwalisty wiatr ulewa, burza, możliwy grad i trąby Barwa nieba białawe niebo w ciągu dnia nadejście opadów czerwone niebo o wschodzie Słońca nadejście opadów i silnego wiatru pomarańczowoczerwone niebo po zachodzie Słońca pogorszenie się pogody złotawa barwa nieba po zachodzie Słońca utrzymanie się dobrej pogody Inne zjawiska dym unosi się pionowo lub ukośnie ku górze utrzyma się lub nastąpi piękna pogoda wyżowa dym ścielący się przy powierzchni Ziemi przy pogodzie bezwietrznej można oczekiwać wiatru i pogorszenia pogody słaba słyszalność dźwięku poprawa pogody bardzo dobra słyszalność dźwięku pogorszenie się pogody, opady, burza silne migotanie gwiazd, światło gwiazd ma zabarwienie czerwone lub niebieskawe nadciąganie niżu, pogorszenie się pogody zakłócenia odbioru radiowego możliwość pogorszenia się pogody Przygotowano na podstawie: Alojzy Woś, Meteorologia dla geografów. PWN, Warszawa Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonywania ćwiczeń. 1. Po co przygotowuje się prognozy pogody? 2. Jakie informacje znajdują się na mapie synoptycznej? 3. Co należy uwzględnić podczas analizy mapy pogody? 4. W jaki sposób dokonuje się prognozowania pogody na podstawie obserwacji oznak lokalnych? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Omów podstawowe pojęcia dotyczące mapy pogody i prognozowania pogody. Sposób wykonania ćwiczenia 30