RSX9zI7WwH3iz

Na zdjęciu szeroka rzeka, kamienisty brzeg. Brzegi porasta gęsty las liściasty. Na niebie czarne deszczowe chmury. Niemal jednolita warstwa, całkowicie zasłaniająca niebo. To nimbostratusy. W oddali prześwituje niebieskie niebo, pierwszy plan zaciemniony.

1. Co to jest pogoda i czym jest klimat?

Pogoda jest stanem atmosfery w danym miejscu i czasie, określanym przez jej składniki (elementy). Zaliczamy do nich:

• temperaturę powietrza,

• ciśnienie atmosferyczne,

• wilgotność,

• opady i osady atmosferyczne,

• prędkość i kierunek wiatru,

• zachmurzenie,

• natężenie promieniowania słonecznego,

• zjawiska atmosferyczne.

KlimatklimatKlimat to natomiast charakterystyczny dla danego obszaru zespół zjawisk i procesów atmosferycznych (czyli warunków pogodowych), kształtujący się pod wpływem właściwości fizycznych i geograficznych tego obszaru, określony na podstawie wyników wieloletnich obserwacji i pomiarów meteorologicznych w okresie przynajmniej 30 lat. Obrazują go elementy (składniki) klimatu, które są takie same jak składniki pogody, ale odnoszą się do dłuższych okresów. Są to przykładowo:

• średnia miesięczna lub roczna temperatura powietrza,

• średni roczny lub miesięczny układ ciśnienia atmosferycznego,

• rozkład wilgotności powietrza (roczny, miesięczny),

• miesięczne lub roczne zachmurzenie,

• średnia suma opadu rocznego,

• średnia liczba dni w roku z opadem, mgłą, burzą itp.,

• średni roczny lub sezonowy układ wiatrów.

Klimat określa się na podstawie wieloletnich, systematycznych pomiarów i obserwacji składników pogody. W Polsce dokonuje się ich na stacjach meteorologicznych. Częstotliwość i terminy obserwacji są różne w zależności od rodzaju stacji. Na stacjach synoptycznych (pracujących dla potrzeb prognozowania pogody) wykonuje się je co godzinę, na stacjach klimatologicznych – trzy razy na dobę (o godzinie 7:00, 13:00 i 19:00 czasu środkowoeuropejskiego). Na niektórych stacjach stosuje się także ciągłe, całodobowe pomiary, wykorzystując do tego przyrządy elektroniczne, w tym rejestratory automatyczne. Temperaturę powietrza i temperaturę gleby mierzy się za pomocą kilku różnych termometrów, a mniej dokładny, ale ciągły pomiar temperatury zapewnia termograftermograftermograf. Ciśnienie powietrza mierzy barometr albo samopiszący barografbarografbarograf, wilgotność natomiast higrometrhigrometrhigrometr i higrografhigrografhigrograf. Ponadto używa się deszczomierzy, wiatromierzy i heliografówheliografheliografów (wskazujących czas usłonecznienia). Stopień zachmurzenia nieba oraz szczególne zjawiska meteorologiczne (burza, tęcza itd.) są obserwowane przez pracowników stacji.

Ry5rRDMdhmOf3

Na zdjęciu higrograf – żółta skrzynka w kształcie prostopadłościanu. Na bocznej ściance kwadratowy otwór, za którym wewnątrz skrzynki umieszczono urządzenie samopiszące w kształcie walca. Igła rysuje poziomy wykres na obracającym się pod nią walcu. Na górze skrzynki czarny uchwyt.

RCK8KAKahknCp

Zdjęcie przedstawia heliograf w kształcie szklanej kuli. Kula zawieszona jest na metalowym ramieniu w kształcie półksiężyca. Konstrukcja przypomina nieco budowę globusa. Szkło kuli to soczewka. Obok kuli umieszczono białą kartkę papieru, na której wypalany jest ślad promieni słonecznych.

Obserwacja zachmurzenia

Obserwacja 1

Kształcenie odpowiedzialności przy prowadzeniu badań przyrodniczych oraz systematyczności przy dokonywaniu obserwacji.

Określając rodzaj chmur, skorzystaj z poniższego atlasu.

R5nGe6dbA9qBE

Zdjęcie przedstawia chmury typu cirrocumulus. Wyglądem przypominają bardzo delikatną piankę na błękitnej wodzie.

RBuHD0c6rqMY3

Zdjęcie przedstawia chmury typu cirrostratus. Wyglądem przypominają drobne fragmenty białej waty porozciągane w różnych kierunkach.

ROS3xTg1H1YgD

Zdjęcie przedstawia chmury typu cirrus. Delikatne białe smugi, układające się jedna obok drugiej, równolegle do siebie. Błękitne niebo.

RdReascnWdYs6

Zdjęcie przedstawia chmury typu altocumulus. Przypominają stado małych, śnieżnobiałych baranków biegnących jeden za drugim. W dolnej części fotografii stado baranków zagęszcza się.

RlfuGafxkC87i

Zdjęcie przedstawia chmury typu altostratus. Niebiesko‑sine chmury zakrywają całe niebo.

R1f24GYV0tOhu

Zdjęcie przedstawia chmury typu cumulonimbus. Olbrzymie, bardzo wysokie, gęste kłębowisko chmur. Przypomina obłok po wybuchu nuklearnym. Dominuje barwa śnieżnobiała. W lewa stronę ciemnieje, aż do koloru sinego.

RSX9zI7WwH3iz

Na zdjęciu szeroka rzeka, kamienisty brzeg. Brzegi porasta gęsty las liściasty. Na niebie czarne deszczowe chmury. Niemal jednolita warstwa, całkowicie zasłaniająca niebo. To nimbostratusy. W oddali prześwituje niebieskie niebo, pierwszy plan zaciemniony.

R1GhUPVeahxW0

Zdjęcie przedstawia chmury typu stratus. Bezpostaciowe jak jednolita, gęsta mgła. Kolor szaroniebieski.

RZL9WOPsz1biR

Zdjęcie przedstawia chmury typu stratocumulus. Gęsto obok siebie ułożone obłoki. Mają barwę od śnieżnobiałej do ciemnoszarej, a w niektórych miejscach nawet czarnej. Pędzą nisko nad łąkami i lasami, które mają kolor żółtobrązowy. Spomiędzy chmur Słońce oświetla powierzchnię ziemi. Pomiędzy chmurami widać błękitne niebo.

Co będzie potrzebne

• notatnik lub zeszyt

Instrukcja

1. Przygotuj tabelę składającą się z pięciu kolumn opisanych: „data”, „zachmurzenie o 7:00”, „zachmurzenie o 13:00”, „zachmurzenie o 19:00” oraz „zjawiska meteorologiczne”. Tabela powinna mieć 8 wierszy – najwyższy wiersz z opisem kolumn i kolejne z datami siedmiu kolejnych dni obserwacji.

2. Obserwacja zachmurzenia jest subiektywna i polega na ocenie przez obserwatora stopnia zachmurzenia w skali od 0/8 (brak chmur), przez na przykład 4/8 (pół nieba pokryte chmurami), do 8/8 (pełne zachmurzenie).

3. Przeprowadzając obserwacje zachmurzenia, spróbuj określić rodzaj chmur i zanotuj fakt oraz godzinę wystąpienia innych zjawisk meteorologicznych (opad, osad, mgła, zamieć, tęcza, burza itp.).

4. Codziennie o 7:00 rano i o 19:00 wieczorem wychodź z domu na otwartą przestrzeń z widokiem na całe niebo; przeprowadź obserwację i zanotuj wynik.

5. Gdy jesteś w szkole, wyjdź z budynku szkoły w okolicach godziny 13:00 i przeprowadź obserwację.

Polecenie 2

R14qUuVdWRY60

Zaznacz, kiedy najczęściej występuje największe zachmurzenie nieba. Możliwe odpowiedzi: 1. nad ranem, 2. w południe, 3. wieczorem, 4. w nocy

Ciekawostka

„Halo” jest zjawiskiem optycznym obserwowanym wokół tarczy słonecznej lub księżycowej. Występuje w postaci świetlistej, kolorowej lub białej obwódki, a czasami fragmentu pierścienia o rozmiarze kątowym 22°. Kolorowe obwódki przypominają tęczę, gdzie kolorem wewnętrznym jest czerwony, a zewnętrznym fioletowy. Zjawisko powstaje w wyniku załamania i wewnętrznego odbicia światła w kryształach lodu znajdujących się w wysoko położonych chmurach pierzastych (najczęściej cirrostratus).

RxcmxypiftPSJ

Zdjęcie przedstawia mroźny zimowy dzień w górach. Na pierwszym planie stoki górskie pokryte śniegiem oraz zaśnieżone drzewa iglaste. W tle, na niebie, biała tarcza słoneczna. Wokół tarczy ciemna obwódka kilkakrotnie szersza od średnicy tarczy słonecznej. Krawędź obwódki w kolorach tęczy. Poniżej Słońca niebo pokryte chmurami. Chmury w kolorze pomarańczowym.

2. Od czego zależy klimat?

Klimat na kuli ziemskiej jest silnie zróżnicowany, w związku z czym klimatolodzy badają czynniki, które mają na niego znaczący wpływ. Wyróżniono trzy grupy geograficznych czynników klimatotwórczych.

1. Pierwsza z nich to czynniki strefowe – przede wszystkim szerokość geograficzna i związany z nią zróżnicowany strefowo dopływ promieniowania słonecznego. Mają one ogromny wpływ na klimat i przejawiają się w:

• strefowym zróżnicowaniu temperatury powietrza uzyskującej najwyższe wartości w strefie międzyzwrotnikowej;

• globalnej cyrkulacji atmosferycznej kształtującej układ ośrodków barycznych i strefy stałych wiatrów;

• strefowym zróżnicowaniu rocznych sum opadów.

2. Druga grupa czynników klimatotwórczych to czynniki astrefowe. Zaliczamy do nich przede wszystkim:

• rozkład lądów i mórz, który silnie modyfikuje czynniki strefowe, powodując zmniejszenie amplitud temperatury nad powierzchnią wody i w jej pobliżu oraz zwiększenie tych amplitud w głębi lądów; różnice temperatury między lądem i obszarami wodnymi są przyczyną cyrkulacji monsunowej i wiatrów o typie bryzy; także opady są przeważnie większe w sąsiedztwie zbiorników wodnych;

• prądy morskie (oceaniczne), które przynoszą opady i podnoszą temperaturę na wybrzeżu (prądy ciepłe) albo wywołują suszę i ochładzają wybrzeża (prądy zimne), niekiedy stają się decydującym czynnikiem klimatycznym;

• wysokość nad poziomem morza i rzeźba terenu – w górach i na wyżynach jest chłodniej, ciśnienie atmosferyczne jest niższe, a opady i usłonecznienie zależne od ekspozycji stoków gór; pasma górskie tworzą naturalną zaporę w przepływie mas powietrza; jest to przyczyną występowania specyficznych wiatrów typu fenowego i opadów orograficznych;

• pokrycie terenu – szata roślinna wpływa na złagodzenie dobowych i rocznych wahań temperatury, zwiększa wilgotność i parowanie, stanowi barierę dla wiatrów wiejących blisko powierzchni; lasy równikowe są regulatorem warunków klimatycznych w skali globalnej dzięki ogromnej transpiracji i wiązaniu dwutlenku węgla w procesie fotosyntezy; obszary niepokryte bujną roślinnością ulegają mocnemu wpływowi promieniowania słonecznego w dzień oraz intensywnemu wypromieniowaniu w nocy, co prowadzi do dużych dobowych amplitud temperatury; obszary pokryte śniegiem i lodem w znacznym stopniu odbijają promieniowanie słoneczne.

3. Trzecia grupa to czynniki wynikające z działalności człowieka. Niektóre z nich zostały omówione w następnym zagadnieniu.

RKMfGFkXvmVe4

Zdjęcie przedstawia wulkan widziany z lotu ptaka. Znajduje się w prawym górnym rogu fotografii. Jego stożek jest brązowy, wydobywa się z niego ciemny i gęsty dym. Obok zdjęcia na czarnym tle wyszczególniono elementy towarzyszące erupcji wulkanu, takie jak obłok, strumień lawy (na zdjęciu czerwone punkty na stoku wulkanu), pióropusz gazów wulkanicznych i pary wodnej (gęsta biała chmura nad kraterem) oraz gorący żużel wulkaniczny. Brązowy stożek góruje ponad płaskim porośniętym zielenią obszarem. Nad sfotografowanym terenem unoszą się chmury, rzucające cień na Ziemię. Środkową część fotografii zajmuje długa stopniowo rozrzedzająca się smuga, podpisana jako pióropusz popiołu.

* Dla zainteresowanych

3. Czy działania człowieka mają wpływ na stan atmosfery ziemskiej?

Obecnie na Ziemi żyje ponad 7 mld ludzi. Wzrastający poziom konsumpcji i wykorzystywania zasobów naturalnych nieustannie doprowadza do zmian zachodzących na całej planecie, w tym do zmian stanu atmosfery ziemskiej.

Miejskie wyspy ciepła

Środowiska wielkich miast zmieniają warunki przyrodnicze. W miastach zazwyczaj powietrze jest suchsze i cieplejsze o kilka stopni Celsjusza niż na obszarach okołomiejskich. Różnica temperatur może sięgać nawet 3 °C, np. między wrześniem a listopadem w Warszawie temperatura Okęcia jest o 3 °C niższa od temperatury północnej części Śródmieścia. Na terenach zabudowanych obserwujemy także spadki prędkości wiatru. Wskutek nagrzania terenów miejskich w ciągu dnia i emisji ciepła ze źródeł sztucznych (komunikacja, przemysł) tworzą się silne prądy wstępujące (konwekcyjne), co powoduje powstanie nad miastem lokalnego ośrodka niskiego ciśnienia. Dzięki temu do miasta napływa chłodniejsze i czystsze powietrze z obszarów pozamiejskich. Zjawisko to nazywamy bryzą miejskąbryza miejskabryzą miejską. Wpływ miejskich wysp ciepłamiejska wyspa ciepłamiejskich wysp ciepła na ogólny wzrost temperatury powietrza na świecie jest niewielki i wynosi 0,002 °C na 10 lat.

RjVGg11kKdE8R

Ilustracja przedstawia kwadratową makietę dużego miasta, nad którą zilustrowano rozkład mas powietrza oraz ich cyrkulację nad budynkami. Za pomocą kolorowych plam naniesionych ponad zabudowaniami miejskimi oznaczono obszary o niższej i wyższej temperaturze. Nad obszarami miasta znajdującymi się najdalej od jego centralnej części powierzchnia ma kolor niebieski. Następnie, w kierunku centrum, pojawiają się kolejne plamy o coraz cieplejszych barwach – żółtej, pomarańczowej i czerwonej, na których oznaczono panujące w tych strefach temperatury – zero stopni, dwa stopnie i cztery. Ostatnia, czerwona plama ma najmniejszą powierzchnię. Do miasta napływa zimne i wilgotne powietrze, które następnie ogrzewa się i osusza. Zilustrowano to za pomocą napisów w rogach makiety „chłodno i wilgotno”, a także dzięki strzałkom obrazującym ruch powietrza. Początkowo z obu stron powietrze napływające w kierunku centrum ma poziomy ruch. Nad cieplejszymi obszarami (oznaczonymi jako „ciepło i sucho”) ogrzewa się i unosi, po czym następuje jego poziomy ruch w kierunku obrzeży miasta. Nad poziomymi strzałkami prezentującymi odpływ ogrzanego powietrza umieszczono chmury, a w dalszej części opady deszczu. W punkcie najbardziej oddalonym od ciepłej strefy oznaczono opady deszczu ze śniegiem.

Kwaśne deszcze

W wyniku działalności człowieka, głównie spalania paliw kopalnych (np. węgla kamiennego i brunatnego, ropy naftowej), do atmosfery emitowanych jest ponad 70 mln ton siarki rocznie. Tylko 30‑40 % całkowitej emisji związków siarki pochodzi ze źródeł naturalnych (np. procesów wulkanicznych). Dwutlenek siarki łączy się z kropelkami wody zawieszonej w atmosferze, dając kwas siarkowy, który spada na powierzchnię Ziemi w postaci kwaśnych opadówkwaśne opadykwaśnych opadów. Pewne znaczenie w powstawaniu kwaśnych opadów, zwłaszcza na terenach miejskich, ma także emisja dwutlenku węgla i tlenków azotu, charakterystyczna dla środków transportu. Kwaśne deszcze wpływają nie tylko na zakwaszenie gleby i wody, ale uszkadzają również tkanki roślin, doprowadzając w skrajnych przypadkach do zniszczenia upraw i dużych połaci leśnych.

RNinWotP471rJ

Zdjęcie przedstawia efekty kwaśnego deszczu w terenie górskim. Pochmurny dzień. Całą powierzchnię łagodnego stoku porastają wysuszone świerki. Suche gałęzie pozbawione igieł, szare pnie pozbawione kory. Drzewa połamane w połowie wysokości. Na linii horyzontu małe zielone świerki. Ziemię porasta trawiasta roślinność rudego lub pomarańczowego koloru.

Globalne ocieplenie klimatu

Para wodna to woda w stanie gazowym. Jest jednym z najważniejszych gazów w powietrzu, który wraz z chmurami odpowiada za 66‑85 % efektu cieplarnianegoefekt cieplarnianyefektu cieplarnianego. Dwutlenek węgla jest odpowiedzialny za 9‑26 % tego efektu, metan wraz z freonami i tlenkami azotu za 4‑9 %, zaś ozon za 3‑7 %. Inne gazy mają znikome oddziaływanie. Bez zjawiska cieplarnianego ilość energii pochodzącej ze Słońca wystarczałaby na utrzymanie temperatury na poziomie –19 °C. Obecnie średnia temperatura Ziemi wynosi ok. 15 °C. Naturalny efekt cieplarniany jest zatem zjawiskiem korzystnym dla biosfery. Dzięki niemu woda może istnieć na Ziemi w trzech stanach skupienia, co sprzyja rozwojowi życia. Wyniki badań składu atmosfery pokazują, że w ostatnich kilkudziesięciu latach wyraźnie wzrosły stężenia gazów cieplarnianych, co wzmocniło efekt cieplarniany i spowodowało wzrost temperatury powietrza na Ziemi. Mówi się więc o globalnym ociepleniu klimatu, za który w największym stopniu odpowiedzialny jest człowiek i jego działalność w środowisku.

4. Charakterystyka klimatu na podstawie danych meteorologicznych

Umiejętność pomiaru, zapisu i prezentacji danych klimatycznych pozwala nam na analizę warunków klimatycznych na Ziemi. Najlepiej przedstawić wiele różnych składników klimatu z bardzo dużą dokładnością. Bardzo pomocne przy analizie klimatu są wykresy pokazujące przebieg temperatury powietrza i opadów atmosferycznych w danym miejscu i w określonym czasie (najczęściej roku) nazywane klimatogramamiklimatogramklimatogramami (wykresami klimatycznymi lub diagramami klimatycznymi).

Klimatogramy mogą także prezentować inne elementy klimatu (np. wilgotność względną). Przedstawiane na wykresach klimatycznych dane są wartościami uśrednionymi z kilkudziesięciu lat pomiarów i często ukazują średnie miesięczne, nie uwzględniając tym samym zjawisk ekstremalnych – szczególnie silnych mrozów czy upałów, ulewnych deszczów czy nadzwyczajnych susz. Średnie wartości bywają czasem mylące. Na pustyniach zwrotnikowych spotyka się bardzo duże dobowe amplitudy temperatury powietrza. Jeżeli w dzień temperatura wzrośnie do +40 °C, a w nocy spadnie do 0 °C, to średnio uzyskujemy bardzo przyjemną dla człowieka temperaturę 20 °C. Dlatego dla prawidłowej charakterystyki klimatu nie wystarcza klimatogram i konieczne jest dołączenie dodatkowych informacji.

Poniżej przykład klimatogramu utworzonego na podstawie danych z okresu wieloletniego (1971‑2000), wykonanych w Wysokogórskim Obserwatorium Meteorologicznym im. Tadeusza Hołdysa na Śnieżce w Karkonoszach.

RRoZeTg6U8MiO

Ilustracja przedstawia klimatogram stacji meteorologicznej na Śnieżce. Wykres słupkowy koloru niebieskiego obrazuje wysokość opadów, a czerwony wykres liniowy średnie miesięczne temperatury. Średnia temperatura w styczniu wynosi -5,9 stopni Celsjusza, w lutym -6,2 stopnia, w marcu -4,3 stopni, w kwietniu zero stopni, w maju 4,4 stopnie, w czerwcu 7,7 stopni, w lipcu i w sierpniu 9,8 i 9,9 stopni, we wrześniu 5,8 stopni, w październiku 2,1 stopnia, w listopadzie -1,6 stopnia, w grudniu -4,7 stopnia. W styczniu wielkość opadów to 107,3 milimetrów, w lutym 88,5 milimetra, w marcu 87,7 milimetrów, w kwietniu około 51,1 milimetra, w maju 77,5 milimetra, w czerwcu 98,1 milimetrów, w lipcu 120,6 milimetrów, w sierpniu 95,4 milimetrów, we wrześniu 87,3 milimetrów, w październiku 79,9 milimetrów, w listopadzie 83,4 milimetry, w grudniu 113,8 milimetrów.

Na podstawie samego klimatogramu nie jesteśmy w stanie wskazać jednego tylko miejsca na Ziemi, któremu on odpowiada. Jeżeli jednak znamy konkretne miejsce na mapie świata i mamy kilka istotnie różniących się od siebie klimatogramów, to łatwo możemy wybrać ten z nich, który przedstawia klimat wybranego miejsca.

Podsumowanie

• Do ustalenia pogody służą odpowiednie obserwacje i pomiary jej składników: temperatury powietrza, ciśnienia atmosferycznego, wilgotności, wielkości opadów i osadów atmosferycznych, prędkości i kierunku wiatru, zachmurzenia, natężenia promieniowania słonecznego, zjawisk atmosferycznych.

• Długotrwałe i systematyczne pomiary składników pogody pozwalają na określenie klimatu w danym miejscu.

• Czynniki klimatotwórcze to: szerokość geograficzna, rozmieszczenie lądów i oceanów, prądy morskie, wysokość nad poziomem morza i ukształtowanie terenu, a w mniejszym stopniu pokrycie terenu i działalność człowieka.

• Klimatogramy są graficznym przedstawieniem cech klimatu danego miejsca.

Słownik

Ćwiczenia