Задача: Радиация и влажность воздуха

Условия, содержание:

Занятие 3. СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ

Вопросы для подготовки к занятию.
1. Понятие «солнечная радиация» и её спектральный состав.
2. Общий приток солнечной радиации к верхней границе атмосферы. Солнечная постоянная.
3. Распределение солнечной радиации на верхней границе атмосферы или вне влияния атмосферы.

Задание 1. Используя рис.1 (воспроизвести в тетради), вывести формулу зависимости интенсивности солнечной радиации от угла падения солнечных лучей.



Рис. 1. Зависимость интенсивности солнечной радиации от угла падения лучей

Задание 2
2.1. Используя данные табл. 1, постройте график распределения суточных сумм солнечной радиации (кал/см2∙сут), приходящей к земной поверхности при «абсолютной прозрачности» атмосферы («на верхней границе атмосферы»), на разных широтах в дни равноденствий и солнцестояний.
Таблица 1
Дата Географическая широта °
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Северное полушарие
21 марта 923 909 867 779 707 593 461 316 160 0
22 июня 814 900 964 1005 1022 1020 1009 1043 1093 1110
23 сентября 912 898 857 789 698 586 456 312 158 0
22 декабря 869 756 624 480 327 181 51 0 0 0
Южное полушарие
21 марта 909 867 779 707 593 461 316 160 0
22 июня 708 585 450 306 170 48 0 0 0
23 сентября 898 857 789 698 586 456 312 158 0
22 декабря 962 1030 1073 1092 1082 1078 1114 1167 1185

Линии графика постройте на одной системе координат; по оси абсцисс отложите широту места наблюдения, а по оси ординат — интенсивность солнечной радиации.
2.2. При анализе графика письменно ответьте на следующие вопросы:
1.Чем можно объяснить симметричное относительно плоскости экватора распределение солнечной радиации по широтам в дни равноденствий?
2. Какова закономерность распределения солнечной радиации по широтам в дни солнцестояний и чем она обусловлена?
3. Чем объясняется неравномерное увеличение солнечной радиации от экватора к полюсам в день солнцестояния в летнем полушарии (особенно на широтах 30—б0°)?
4. Почему на Южном полюсе 22 декабря солнечной радиации поступает больше, чем на Северном 22 июня?
5. На каких широтах в течение года наблюдаются максимальные различия в поступлении суточных сумм солнечной радиации и на каких минимальные? Вычислить максимальную и минимальную разницу.
6. В каком сезоне года наблюдаются максимальные различия в суточных суммах солнечной радиации между полярными и экваториальными широтами? Как это может сказываться на температурных и барических градиентах между экватором и полюсами и интенсивности межширотного обмена воздушных масс?
7. Вычислить количество солнечной радиации, приходящейся на единицу времени (1 час) за сутки: 22 июня — на экваторе и на Северном полюсе; 22 декабря — на экваторе и на Южном полюсе. Почему температурные условия экваториальных и полярных районов в этот период не соответствуют поступлению солнечного тепла?

Контрольные вопросы

1. Что такое солярный климат?
2. Для чего необходимо знание распределения солнечной радиации на поверхности Земли «в отсутствие атмосферы»?
3. Какие факторы определяют распределение солнечной радиации на Земле вне влияния атмосферы?






Занятие 4. ВОДА В АТМОСФЕРЕ

Вопросы для подготовки к занятию

1. Общее количество и формы нахождения воды в атмосфере.
2. Определение основных характеристик влажности воздуха:
абсолютной, относительной влажности, удельной упругости водяного пара, дефицита влажности, точки росы.
3. Конденсация и сублимация в атмосфере.
4. Испарение и испаряемость. Факторы, их определяющие.

Задание 1
1.1. Постройте график зависимости упругости насыщающего пара (в мб.) от температуры воздуха (табл. 2). Объясните форму кривой.

Таблица 2
Температура воздуха (t),°С -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Упругость насыщения (Е), мб. 0.1 0,5 1.3 2.9 6.1 12.3 23.4 42.4 73.7

1.2. По графику определите точку росы для упругости насыщения: 2 мб., 9 мб., 30 мб.
1.3. Определите упругость насыщения при температуре воздуха: -25оС,-3о С, 37 о С.

Задание 2. При температуре воздуха на уровне моря 20°С и фактической упругости водяного пара 21.2 мб. определите максимальную упругость водяного пара (упругость насыщения), относительную влажность и дефицит влажности.

Задание 3. Выпадет ли роса при температуре воздуха 9°С, если днем температура воздуха была 18°С, а относительная влажность 68%?

Задание 4. Определите высоту уровня конденсации и сублимации поднимающегося от Земли воздуха, если его температура 15°С и фактическая упругость водяного пара 7.5 мб.
Примечание. Для определения уровня сублимации необходимо учесть, что: а) сублимация происходит при температуре -10°С; б) понижение температуры выше уровня конденсации происходит на каждые 100 метров на 0.5°С в связи с выделением скрытой теплоты парообразования.

Задание 5. Используя карты годовых сумм осадков и испаряемости за год, вычислите значения коэффициента увлажнения (количество осадков деленное на величину испаряемости) для пяти пунктов, расположенных в бассейне р. Волги: а) исток Волги (Валдайская возвышенность); б) Нижний Новгород; в) Самара; г) Волгоград; д) Астрахань.
Каковы особенности распределения условий увлажнения в бассейне р. Волги? Объясните причины такого распределения.

Контрольные вопросы

1. В чем проявляется единство и различие всех характеристик влажности воздуха?
2. Какова относительная влажность воздуха, если максимальное влагосодержание равно абсолютной влажности?
3. Каковы обязательные условия конденсации водяного пара в атмосфере?
4. Почему на карте годовой испаряемости не показана величина испаряемости над океанами?
5. Почему для оценки степени увлажнения той или иной территории недостаточно ограничиваться только знанием количества выпадающих осадков?