2.2. Питання для самопідготовки студентів (згідно з програмою курсу)

1. Варіанти індивідуальних завдань

Самостійна робота студентів в рамках курсу «Метеорологія і кліматологія» передбачає використання навчальної, наукової і довідкової літератури і вивчення наступних питань:

1. Метеорологія і кліматологія. Атмосфера, погода і клімат. Положення метеорології і кліматології в системі наук, зокрема наук про Землю, їх практичне значення. Основні етапи розвитку метеорології і кліматології.

2. Методи метеорології і кліматології: спостереження і експеримент, статистичний аналіз, фізико-математичне моделювання.

3. Метеорологічна мережа і програма спостережень. Усесвітня метеорологічна організація (ВМО), Усесвітня служба погоди: наземна і космічна система спостережень, глобальна система зв'язку і обробки даних. Міжнародні метеорологічні програми.

4. Газовий склад сухого повітря у земної поверхні. Водяна пара. Газові і аерозольні домішки в атмосферному повітрі, озон. Рівняння стану газів. Щільність повітря. Щільність вологого повітря.

5. Будова атмосфери: основні шари атмосфери і їх особливості. Гомосфера і гетеросфера. Тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера і прикордонні шари між ними. Іоносфера і екзосфера.

6. Розподіл озону в атмосфері. Рідкі і тверді домішки в атмосферному повітрі. Серпанки, хмари, тумани, зможи. Електричне поле атмосфери. Іони в атмосфері.

7. Рівняння статики атмосфери. Застосування барометричної формули. Баричний ступінь. Приведення тиску до рівня морить.

8. Типи вертикального розподілу температури.

9. Вітер. Швидкість вітру. Напрям вітру. Роза вітрів. Рівнодіючі вітру. Переважаючі напрями. Вітер і турбулентність. Поривчаста вітру. Турбулентний обмін. Приземний шар і планетарний прикордонний шар.

10. Повітряні маси і фронти.

11. Електромагнітна і корпускулярна радіація. Залежність радіації від температури. Короткохвильова (сонячна) і довгохвильова (земна і атмосферна) радіація. Теплова і промениста рівновага Землі. Спектральний склад сонячної радіації.

12. Сонячна постійна. Сонячна активність. Пряма сонячна радіація. Зміни сонячній радіації в атмосфері і на земній поверхні. Поглинання і розсіяння сонячної радіації в атмосфері. Явища, пов'язані з розсіянням радіації: розсіяне світло, колір неба, сутінки і зоря, атмосферна видимість.

13. Добовий хід прямої і розсіяної радіації. Сумарна радіація. Віддзеркалення радіації і альбедо. Поглинена радіація. Випромінювання земної поверхні, зустрічне випромінювання, ефективне випромінювання.

14. Радіаційний баланс земної поверхні. «Парниковий» ефект. Радіація, що йде. Планетарне альбедо Землі.

15. Розподіл сонячної радіації на межі атмосфери. Географічний розподіл прямої, розсіяної і сумарної радіації, ефективного випромінювання і радіаційного балансу земної поверхні на земній кулі.

16. Промениста енергія. Вплив атмосфери на перенесення випромінювання. Короткохвильова радіація. Довгохвильова радіація. Радіаційний баланс.

17. Причини зміни температури повітря, індивідуальні і локальні зміни температури повітря. Механізми теплообміну між атмосферою і підстилаючою поверхнею.

18. Тепловий баланс підстилаючої поверхні. Відмінності в тепловому режимі грунту і водоймищ. Річний теплооборот в грунті і водоймищі.

19. Добовий і річний хід температури поверхні грунту. Розповсюдження температурних коливань в глибину грунту. Шари постійної добової і річної температури. Вплив рослинного і сніжного покривів на температуру грунту. Добовий і річний хід температури на поверхні водоймищ. Розповсюдження температурних коливань у воді.

20. Добовий хід температури повітря і його зміна з висотою. Неперіодичні зміни температури повітря. Междусуточная мінливість температури повітря. Заморожування.

21. Річна амплітуда температури повітря і континентальність клімату. Індекси континентальності. Типи річного ходу температури повітря. Мінливість середніх місячних і річних температур. Приведення температури до рівня морить.

22. Карти ізотерм. Географічний розподіл температури в середньому за рік, в січні і липні; вплив суші і моря, орографії і морських течій. Температури широтних кругів, аномалії температури. Температури півкуль і Землі в цілому.

23. Розподіл температури з висотою в тропосфері і стратосфері. Конвекція, прискорення конвекції. Стратифікація атмосфери як чинник, що визначає конвекцію. Стратифікація повітряних мас. Інверсії температури, їх типи.

24. Тепловий баланс земної поверхні і тепловий баланс системи Земля — атмосфера. Тепловий баланс широтних зон і атмосферна циркуляція.

25. Випаровування і насичення. Випаровування і випаровуваність. Транспірування, сумарне випаровування. Швидкість випаровування. Географічний розподіл випаровуваності і випаровування. Характеристики вологості повітря. Добовий і річний хід вологості повітря, її географічний розподіл і зміна з висотою.

26. Конденсація і сублімація в атмосфері. Ядра конденсації і замерзання. Міські ядра конденсації.

27. Хмари. Мікроструктура і водність хмар. Міжнародна класифікація хмар. Опис основних пологів хмар. Генетичні типи: хмари висхідного ковзання, шаруваті хмари, хмари конвекції, хвилеподібні, орографічні хмари. Оптичні явища в хмарах (веселка, гало, вінці).

28. Серпанок, туман, мла. Умови утворення туманів. Географічний розподіл туманів.

29. Утворення опадів, конденсація і коагуляція. Види опадів, випадних з хмар (дощ, мряка, сніг, крупа, град і ін.). Штучні дії на хмари.

30. Електрика хмар і опадів. Гроза. Блискавка і грім. Кулевидна блискавка. Вогні Ельма. Наземні гідрометеори (роса, рідкий наліт; іній, паморозь і твердий наліт). Ожеледь; обмерзання літаків.

31. Вологооборот. Характеристика режиму опадів. Добовий хід опадів. Річний хід опадів. Показник нерівномірності опадів. Мінливість сум опадів. Тривалість і інтенсивність опадів. Характеристики (індекси) зволоження.

32. Засухи. Водний баланс на земній кулі.

33. Сніжний покрив і його характеристики. Кліматичне значення сніжного покриву. Завірюхи.

34. Баричне поле, изобарические поверхні, ізобари. Карти баричної топографії. Зміна баричного поля з висотою в циклонах і антициклонах залежно від розподілу температури.

35. Коливання тиску в часі, неперіодичні зміни і добовий хід. Междусуточная мінливість тиску. Річний хід, місячні і річні аномалії тиску. Зональність в розподілі тиску. Середній розподіл тиску у земної поверхні в січні і липні. Розподіл тиску у високих шарах атмосфери. Середній тиск на земній кулі.

36. Сили, що діють в атмосфері: сила тяжіння, сила горизонтального баричного градієнта, сила обертання Землі, що відхиляє. Зв'язок вітру із змінами тиску.

37. Фронти в атмосфері. Типи фронтів. Фронти і струменеві течії.

38. Масштаби атмосферних рухів. Зональність в розподілі тиску і вітру. Меридіональні складові загальної циркуляції. Географічний розподіл тиску. Центри дії атмосфери. Географічний розподіл тиску у вільній атмосфері. Переважаючі напрями вітру.

39. Циркуляція в тропіках. Пасати, погода пасатів. Антипасати. Мусони. Тропічні мусони. Внутрішньотропічна зона конвергенції (ВЗК). Тропічні циклони, їх виникнення і переміщення, райони виникнення тропічних циклонів, погода в тропічному циклоні.

40. Позатропічна циркуляція. Позатропічні циклони. Виникнення і еволюція циклонів, переміщення позатропічних циклонів, погода в циклоні. Антициклони. Типи атмосферної циркуляції в позатропічних широтах. Позатропічні мусони. Кліматологічні фронти.

41. Місцеві вітри. Брізи. Гірничо-долинні вітри. Льодовикові вітри. Фен. Бору. Шквали. Маломасштабні вихори.

42. Служба погоди. Синоптичний аналіз, використання супутникової інформації в синоптичному аналізі. Прогноз погоди.

43. Кліматообразующие процеси. Кліматична система. Глобальний і локальний клімат. Теплооборот, вологооборот, атмосферна циркуляція як климатообразующие процеси. Географічні чинники клімату. Континентальність клімату. Арідность клімату.

44. Орографія і клімат. Океанічні течії і клімат. Вплив рослинного покриву на клімат. Вплив сніжного і льодового покриву на клімат.

45. Мікроклімат як явище приземного шару атмосфери. Методи дослідження мікроклімату. Вплив рельєфу, рослинності, водоймищ, будівель на мікроклімат.

46. Ненавмисні дії людини на клімат. Зміни підстилаючій поверхні (зведення лісів, відкриття полів, зрошування і обводнення, осушення, лісорозведення і ін.) і їх наслідки для клімату.

47. Техногенне збільшення концентрації вуглекислого газу і аерозолів і його наслідку. Техногенне виробництво тепла. Клімат великого міста. Оцінка глобальних ефектів антропогенних дій на клімат. Потеплення клімату в кінці XX в. Можливі причини.

48. Класифікація клімату. Принципи класифікації клімату. Генетична класифікація клімату Б.П. Алісова. Екваторіальний клімат. Клімат тропічних мусонів (субекваторіальний). Тропічний клімат. Субтропічний клімат. Клімат помірних широт. Субполярний клімат (субарктичний і субантарктичний клімат). Клімат Арктики. Клімат Антарктиди.

49. Зміни клімату. Можливі причини змін клімату. Методи дослідження і відновлення клімату минулого. Зміни клімату в період інструментальних спостережень. Антропогенні зміни клімату.

50. Можливі антропогенні зміни клімату: характер температурних змін, регіональні коливання опадів, танення морських льодів Арктики, підвищення рівня Світового океану.

51. Озонування води: механізм дії озону у водному середовищі, озонування природних вод, озонування побутових і виробничих стічних вод, токсикологія й засоби знешкодження залишкового озону.

52. Заходи з регулювання вмісту озону в тропосфері й стратосфері: можливі попереджуючі засоби захисту атмосфери від забруднення, зменшення викидів за рахунок енергозбереження й альтернативних джерел енергії, зменшення викидів автомобільним транспортом, використання альтернативних озонозберігаючих хлорфторвуглеців (ХФВ), можливі активні засоби – руйнування ХФВ і штучне продукування озону в атмосфері, засоби санації атмосфери.

53. Забруднення атмосфери сполуками сірки й азоту, атмосферні процеси, що впливають на формування кислотних дощів, вплив кислотних дощів на об’єкти живої та неживої природи, можливий захист від кислотного забруднення.

2. Контрольні завдання до виконання розрахунково-графічної частини з курсу «Метеорологія і кліматологія»

Метеорологічні дані про напрямок вітру зазвичай наводять у вигляді рози вітрів, на якій за даними середньобагаторічних спостережень указують повторюваність вітрів, яка відкладається по румбах у кількості днів на рік або у відсотках за інтервал часу (місяць, рік). В центрі діаграми цифрою вказується кількість штилів. Також на розі вітрів може бути вказаний добуток повторюваності вітрів на середню швидкість вітру за різними напрямками, що дозволяє показати відносну кількість вітру (в умовних одиницях), яка переноситься у відповідних напрямках. Величини середньобагаторічних швидкостей вітру і їх розподіл за напрямками використовують для розрахунку вітроенергетичного потенціалу території.

Розрахунково-графічна робота передбачає побудову рози вітрів за даними повторюваності вітрів і середньобагаторічною швидкістю вітру.

1. Для побудування рози вітрів використовуємо наступні дані повторюваності вітрів у % за рік або кількості діб на рік:

Таблиця 1

Варіант	один.	Пн	ПнСх	Сх	ПдСх	Пд	ПдЗх	Зх	ПнЗх
1	%	10	11	20	12	9	12	15	11
2	діб	39	47	22	22	55	22	22	47
3	%	13	18	12	4	14	8	9	22
4	%	5	12	10	15	24	20	10	4
5	діб	38	24	52	49	29	31	81	23
6	%	12	18	9	5	15	7	14	20
7	діб	36	42	45	45	24	30	42	36
8	діб	43	59	40	13	46	26	30	73
9	%	25	14	17	8	7	10	11	8
10	%	18	25	8	5	7	5	11	21
11	діб	37	56	28	16	47	22	43	62
12	%	22	13	4	6	8	8	14	25
13	%	9	13	17	19	7	12	12	11
14	%	16	22	9	6	15	6	10	16
15	діб	47	65	27	18	44	18	30	47
16	%	14	17	8	8	20	8	8	17
17	діб	26	37	49	55	20	35	35	32
18	%	12	12	4	8	26	11	9	18
19	%	21	11	4	6	11	8	16	23
20	діб	15	36	30	44	71	59	30	12
21	діб	85	48	58	27	24	34	38	27
22	%	12	21	17	5	10	8	9	18
23	%	14	12	4	8	23	13	11	15
24	%	11	22	15	5	16	10	7	14
25	%	11,5	7,4	15,8	15	8,8	9,6	24,9	7
26	діб	34	37	67	40	30	40	50	37
27	%	14	26	9	4	10	7	12	18
28	діб	31	31	10	21	68	29	24	47
29	%	15	18	9	6	14	8	11	19
30	%	12	14	15	15	8	10	14	12

2. За даними середньобагаторічної швидкості вітрів побудувати енергетичну розу вітрів. Для цього помножити величину швидкості вітру на повторюваність вітру відповідного напрямку й відкласти отримані значення по румбах. Для розрахунку використовувати наступні дані:

Таблиця 2

Варіант	один.	Пн	ПнСх	Сх	ПдСх	Пд	ПдЗх	Зх	ПнЗх
1	м/сек.	2,0	2,5	5,0	5,0	3,2	3,6	4,0	4,3
2	м/сек.	2,8	2,6	4,8	3,5	3,5	2,7	4,1	4,0
3	м/сек.	3,6	4,4	5,4	6,0	3,4	2,2	2,1	3,7
4	м/сек.	5,0	2,4	3,3	2,8	3,0	4,4	3,3	4,1
5	м/сек.	6,4	2,8	3,3	5,4	5,5	2,4	3,5	3,6
6	м/сек.	4,4	2,9	4,0	5,8	6,5	2,4	3,8	2,7
7	м/сек.	5,0	5,0	4,2	3,2	2,2	4,1	3,4	3,5
8	м/сек.	4,8	5,2	5,0	3,6	4,5	5,2	4,6	5,1
9	м/сек.	3,3	6,2	5,4	4,5	3,5	4,4	3,9	4,0
10	м/сек.	2,7	5,5	5,0	4,2	5,7	5,4	3,5	4,2
11	м/сек.	2,0	2,5	5,0	5,0	3,2	3,6	4,0	4,3
12	м/сек.	3,0	5,4	4,8	3,6	2,9	4,4	3,8	2,2
13	м/сек.	4,2	5,3	2,4	2,8	3,7	4,4	5,0	5,6
14	м/сек.	3,5	1,8	5,3	4,4	4,2	3,0	2,5	2,7
15	м/сек.	3,9	2,9	5,1	2,4	3,6	2,5	3,1	4,0
16	м/сек.	4,3	6,5	2,2	4,8	5,2	5,5	2,1	3,6
17	м/сек.	3,4	2,7	2,9	5,1	5,3	4,7	3,3	1,9
18	м/сек.	4,2	3,6	3,6	2,8	4,0	3,8	3,7	4,1
19	м/сек.	4,3	3,7	3,8	3,3	2,0	4,5	3,2	3,3
20	м/сек.	5,4	5,5	5,5	2,1	3,6	3,8	4,2	4,0
21	м/сек.	4,3	2,6	6,2	5,4	4,0	3,8	3,5	3,3
22	м/сек.	4,3	2,3	2,8	2,5	4,0	3,7	3,9	4,1
23	м/сек.	5,4	5,0	2,8	3,8	4,2	6,2	3,8	5,2
24	м/сек.	4,3	3,8	3,9	4,7	2,6	5,4	3,8	3,2
25	м/сек.	4,2	3,3	2,5	5,4	1,5	2,7	6,5	4,5
26	м/сек.	5,6	5,4	6,8	7,1	5,4	6,3	6,6	4,9
27	м/сек.	4,6	6,2	2,5	4,7	4,5	6,5	5,0	5,2
28	м/сек.	4,3	3,6	3,7	5,0	2,6	2,8	3,2	2,9
29	м/сек.	4,6	3,8	5,2	6,2	4,7	5,6	6,5	6,2
30	м/сек.	4,9	6,9	4,8	5,8	5,5	6,7	6,3	6,1

3. Проаналізувати отримані діаграми: визначити переважаючі напрямки вітрів на даній території, виділити напрямки вітру, найбільш вагомі для вітроенергетичного потенціалу території. Потенційно придатними для використання вважати середньобагаторічні швидкості вітру більше 5 м/сек.