GR. A

1. Równanie bilansu promieniowania powierzchni Ziemi (objaśnij składowe)

Bilans promieniowania powierzchni Ziemi (saldo, radiacja netto) powierzchni czynnej R_n - określa różnicę między promieniowaniem całkowitym pochłoniętym przez powierzchnię Ziemi, a promieniowaniem efektywnym.

R_n = (I sin h + i) x (1 - A) - E_e

I sin h - natężenie promieniowania bezpośredniego na powierzchnię poziomą

i - natężenie promieniowania rozproszonego

A - albedo Ziemi

E_e - natężenie promieniowania efektywnego

Bilans ten informuje o przychodzie lub ubytku energii promienistej na powierzchni Ziemi

Roczny bieg dobowych sum bilansu radiacyjnego jest dodatni w ciepłej porze roku a ujemny w chłodnej. Gdy bilans radiacyjny jest ujemny, temperatura obniża się. Bilans radiacyjny Ziemi jako całości jest dodatni, a atmosfery ujemny.

Z ogólnej ilości promieniowania całkowitego odbiciu ulega część promieniowania równa:

I_r = (I x sin h + i) x A

Natomiast pozostała część stanowi promieniowanie pochłonięte przez powierzchnię Ziemi:

(I x sin h + i) x (1 - A)

2. Co to jest stała słoneczna?

Stała słoneczna - ilość energii słonecznej docierającej do górnej granicy atmosfery na idealnie czarną płaszczyznę jednostkową (1m²) prostopadłą do promieni słonecznych w jednostce czasu, przy średniej odległości Słońca od Ziemi 150x10⁶ km.

Gęstość strumienia promieniowania słonecznego na górnej granicy atmosfery ziemskiej, czyli stała słoneczna wynosi:

I₀ = 1373 W/m² (± 20 W/m² )

3. Wymień chmury piętra niskiego

Stratocumulus Sc kłębiasto-warstwowe	stratiformis str lenticularis len castellanus cas
Stratus St niskie warstwowe	nebulosus ncb fractus fra
Cumulus Cu kłębiaste	humilis hum mediocris med fractus fra
Cumulonimbus Cb kłębiaste deszczowe	calvus cal capillatus cap

4. Typy rocznego przebiegu temperatury powietrza w zależności od czasu występowania ekstremów

Typy rocznego przebiegu temperatury w zależności od szerokości geograficznej i czasu występowania ekstremów:

• Równikowy - małe amplitudy roczne, temperatury powietrza, 2 maksima i 2 minima (średnia roczne amplitudy temperatury powietrza wynoszą: 3^oC - oceany, 7^oC - lądy)

• Zwrotnikowy - 1 maksimum, 1 minimum (średnie roczne amplitudy temperatury powietrza wynoszą 5^oC - oceany, 20⁰C - lądy)

• Typ strefy umiarkowanej - 1 maksimum, 1 minimum (średnie roczne amplitudy temperatury powietrza wynoszą 15^oC - oceany, 40⁰C - lądy)

• Typ strefy podbiegunowej - za kołem podbiegunowym - najniższe temperatury pod koniec nocy polarnej, najwyższe w połowie lata polarnego, średnie roczne amplitudy temperatury powietrza wynoszą: 20-25^oC - oceany, 40-50⁰C - lądy)

5. Co oznacza konwergencja i dywergencja?

Dywergencja - inaczej rozbieżność, występuje w obszarach, w których powietrze rozpływa się. Dywergencja występuje nie tylko, gdy linie prądu rozchodzą się w różne strony, ale także w obszarach, w których prędkość wiatru rośnie. Wówczas dopływ masy powietrza zachodzi wolniej niż jej odpływ.

Konwergencja - inaczej zbieżność, występuje w obszarach, gdzie linie prądu zbiegają się i następuje zagęszczenie powietrza (tam gdzie spada prędkość wiatru). Dopływ powietrza jest tam większy niż jego odpływ.

6. Podaj cechy bryzy morskiej i lądowej

Wiatry te są bardzo wyraźne przy pięknej, słonecznej pogodzie, szczególnie w strefie zwrotnikowej i podzwrotnikowej. Nad wyspami podczas bryzy morskiej dziennej powstają chmury rodzaju Cumulus, dzięki którym można rozpoznać obecność wysp z dużej odległości.

Powstawanie bryzy dziennej - morskiej i nocnej lądowej:

Dzienna, morska: chłodne i wilgotne powietrze znad wody na ląd, nocna, lądowa: zimne i suche powietrze z lądu nad wodę

7. Wymień główne masy powietrza i fronty klimatologiczne w atmosferze

Masa powietrza - duża część obszaru powietrznego, którego fizyczne cechy takie jak temperatura i wilgotność odznaczają się niewielkimi zmianami - powietrze o cechach jednorodnych na dużym obszarze, gdzie temperatura i wilgotność są w przybliżeniu podobne.

Obszary źródłowe mas powietrza - obszary nad którymi masy powietrza i ich podstawowe cechy uległy utrwaleniu.

Klasyfikacja termiczna mas powietrza

Ciepła masa powietrza - masa powietrza, która w czasie przemieszczania nad danym obszarem stopniowo ochładza się (oddaje ciepło podłożu nad którym się przemieszcza, a jej równowaga staje się stała).

Chłodna masa powietrza - masa powietrza, która podczas przemieszczania stopniowo ogrzewa się (pochłania ciepło od podłoża, co powoduje chwiejność masy).

Klasyfikacja geograficzna mas powietrza

Wyróżnia się następujące główne masy powietrza:

• Powietrze arktyczne (PA) - na półkuli południowej antarktyczne

• Powietrze polarne (PP) - szerokości umiarkowane

• Powietrze zwrotnikowe (PZ)

• Powietrze równikowe (PR)

8. Układy ciśnienia - rysunki

Na mapie ciśnienia na poziomie morza istnieją obszary o ciśnieniu wyższym od 1013 hPa, obok których leżą obszary o ciśnieniu niższym. Nazywamy je układami barycznymi.

Istnieje kilka postaci izobar, które można wyróżnić jako typowe układy baryczne.

• Niż (cyklon, depresja) i wyż (antycyklon) - układ zamknięty izobar

• Zatoka niskiego ciśnienia - stanowi peryferyjną część układu niżowego, którą na mapie reprezentują izobary w kształcie litery V

• Bruzda niskiego ciśnienia - gdy izobary nie są zamknięte, a wyznaczają jedynie pas niskiego ciśnienia między dwoma wyżami

• Klin wysokiego ciśnienia - obejmuje peryferyjną część wyżu w której izobary przyjmują kształt litery U

• Wały wysokiego ciśnienia - wydłużone obszary wysokiego ciśnienia położone między dwoma niżami

• Siodło baryczne - obszar pomiędzy dwoma niżami lub zatokami niskiego ciśnienia i dwoma wyżami lub klinami wysokiego ciśnienia ułożonymi na przemian (na krzyż)

GR. B

1. Równanie bilansu cieplnego powierzchni ziemi (objaśnij składowe)

Bilans (saldo) cieplny powierzchni Ziemi: (równanie można zapisać w postaci strumieni pionowych dochodzących do Ziemi i uchodzących z niej:

Q = R_n ± G ± P ± LE , Q = 0

R_n - bilans promieniowania (radiacja netto)

G - strumień ciepła przewodzonego w gruncie

P - strumień ciepła przewodzonego w atmosferze - ruchy turbulencyjne

LE - ciepło utajone (pochłonięte lub uwolnione na powierzchni czynnej)

L - ciepło parowania, L = 2500 J/g, E - masa wyparowanej i kondensowanej wody

Wszystkie promienie płynące do powierzchni czynnej mają znak plus.

2. Podaj definicję albedo promieniowania

Stosunek ilości promieniowania odbitego (I_r) do ilości promieniowania padającego (I_c) nosi nazwę albedo (A). Wyrażane jest ono najczęściej w procentach:

A = I_r x I_c^-1 x 100%

W skali całej kuli ziemskiej około 30% promieniowania padającego ulega odbiciu od chmur lub od powierzchni Ziemi. Tę wartość nazywamy planetarnym albedo Ziemi.

3. Wymień chmury piętra średniego i wysokiego

Cirrus Ci pierzaste	fibratus fib uncinus unc spissatus spi castellanus cas casfloccus flo
Cirrocumulus Cc kłębiasto-pierzaste	stratiformis str lenticularis len castellanus cas floccus flo
Cirrostratus Cs warstwowo-pierzaste	fibratus fib nebulosus ncb
Altocumulus Ac średnie kłębiaste	stratiformis str lenticularis len castellanus cas floccus flo
Altostratus As średnie warstwowe	stratiformis str lenticularis len castellanus cas
Nimbostratus Ns warstwowe deszczowe	nebulosus ncb fractus fra

4. Typy rocznego przebiegu opadów atmosferycznych w zależności od czasu występowania ekstremów

Przebieg roczny opadów:

• typ równikowy (φ 10^oN - 10^oS), charakteryzuje się dwoma okresami z obfitymi opadami pochodzenia konwekcyjnego, w okresie równonocy (deszcze zenitalne), oddzielone okresami stosunkowo suchymi, (sumy roczne opadów 1000 - 3000 mm, ale w górach - Indonezja 7000 mm, Kolumbia - 8000 mm, Kamerun - 9500 mm)

• typ zwrotnikowy (φ 10^o - 20^o obu półkul), miarę zbliżania się do zwrotników, dwa okresy wysokich, stopniowo malejących opadów zbliżają się do siebie i dają na zwrotnikach jedno wyraźne maksimum (deszcze zenitalne), pozostała część roku obejmuje okres suchy ( sumy roczne opadów 1400 - 2000 mm)

• typ monsunów zwrotnikowych, występuje w strefie międzyzwrotnikowej, zwłaszcza na wschodnich wybrzeżach kontynentów (Indie - Bombaj, Kalkuta, południowo - wschodnie Chiny, północna Australia, wybrzeża zatoki Gwinejskiej, najbardziej nawiedzane przez opady są przedpola Himalajów. Duże różnice między porą letnią deszczową, a zimową suchą.

• typ podzwrotnikowy (φ 25^o - 40^o obu półkul), wykazuje dwa podtypy:

- wybitnie suchy (pustynie podzwrotnikowe) o znikomych opadach, bez wyraźnego przebiegu rocznego (sumy roczne poniżej 100 mm, max 250 mm)

- typ śródziemnomorski - z wyraźną porą wilgotną zimową lub jesienną i suchą porą letnią (sumy roczne 400 - 800 mm)

• w szerokościach umiarkowanych dominują na ogół opady pochodzenia cyklonalnego (φ 40^o - 60^o obu półkul). Wyróżniamy tutaj dwa typy przebiegu:

- oceaniczny - charakterystyczny dla wybrzeży strefy umiarkowanej, opady rozłożone w ciągu roku równomiernie, z lekko zaznaczonym maksimum na przełomie jesieni i zimy, minimum na wiosnę, albo też z wyraźną przewagą zimowych (sumy roczne opadów 600 - 900 mm, góry 1500 - 2000 mm), np. Londyn

- lądowy - z wyraźnym maksimum w okresie lata (opady cyklonalne i konwekcyjne) i minimum w okresie zimy (sumy roczne opadów 250 - 500 mm),

• typ monsunów strefy umiarkowanej - szczególnie charakterystyczny dla wschodnich wybrzeży Azji. Przebieg opadów zbliżony do typu lądowego, lecz kontrast między deszczowym latem i suchą zimą zarysowuje się ostrzej (sumy roczne opadów 500 - 600 mm)

• w szerokościach wysokich - opady pochodzenia cyklonalnego wykazują również w przebiegu rocznym zróżnicowanie, dając dwa typy:

- polarny lądowy - z maksimum letnim (większa zawartość pary wodnej, większa wodność chmur, nagrzanie podłoża - prądy wstępujące), sumy roczne opadów 200 -300 mm, Grenlandia

- polarny oceaniczny, z maksimum zimą (silniejsza działalność cyklonalna), sumy roczne opadów 300 - 600 mm, Spitsbergen

5. Co to jest konwekcja i adwekcja powietrza?

Adwekcja - poziome przemieszczanie się mas powietrza

Konwekcja - przenoszenie energii cieplnej wraz z przemieszczającą się w kierunku pionowym masą powietrza. Zachodzi w postaci swobodnej lub wymuszonej. Konwekcja w postaci swobodnej pojawia się na skutek ogrzania podłoża, od którego nagrzewa się i rozpoczyna wstępowanie do góry (konwekcja termiczna). W postaci wymuszonej zachodzi w atmosferze na skutek przesunięć mas powietrza natrafiających na przeszkody orograficzne.

6. Cechy wiatru lodowcowego

Do wiatrów lodowcowych zalicza się wiatry tworzące się zarówno nad rozległymi, gładkimi lub bardzo urozmaiconymi powierzchniami lądolodów, a także prądy powietrzne powstające w dolinach górskich zajmowanych przez lodowce.

Wiatry lodowcowe należą do wiatrów katabatycznych grawitacyjnych, o charakterze spadowym na skutek dużej gęstości powietrza, niosących mroźne powietrze. Największa intensywność: wybrzeża Antarktydy, wysokie góry.

7. Wymień rodzaje frontów atmosferycznych

Fronty klimatologiczne - rozdzielają masy powietrza różnego pochodzenia geograficznego.

Fronty atmosferyczne - występują w obrębie tej samej masy powietrza, jeśli różne jej części cechuje inny stopień transformacji. Fronty te formują się również na styku powietrza lądowego i morskiego pochodzącego z ej samej strefy geograficznej (np. PPk i PPm).

Fronty klimatologiczne:

• Front arktyczny - oddziela masy powietrza arktycznego od polarnego,

• Front antarktyczny - oddziela masy powietrza antarktycznego od polarnego,

• Fronty polarne - oddzielające masy powietrza polarnego od zwrotnikowego,

• Fronty zwrotnikowe (strefa zbieżności międzyzwrotnikowej lub strefa konwergencji) - oddziela masy powietrza zwrotnikowego od równikowego.

Na frontach polarnych oraz arktycznym i antarktycznym powstają i rozwijają się cyklony pozazwrotnikowe, a więc te elementy ogólnej cyrkulacji atmosfery, które w szerokościach pozazwrotnikowych wywierają zasadniczy wpływ na pogodę.

• Front chłodny - tworzy się gdy powietrze chłodne atakuje wycofujące się powietrze ciepłe i to cieplejsze jako cięższe utrzymuje się przy powierzchni Ziemi, wypychając ku górze powietrze cieplejsze.

• Front ciepły - tworzy się gdy ciepłe powietrze napiera na chłodne i chłodne jako lżejsze wślizguje się wzdłuż klina ustępującego powietrza chłodnego

8. Narysuj układ izobar w niżu i wyżu z układem linii prądów na półkuli północnej i południowej

GR. C

1. Co oznacza w atmosferze stan równowagi stałej, chwiejnej i obojętnej?

Wyróżnia się trzy stany równowagi: (t - rzeczywisty gradient pionowy temp powietrza, γ_a - gradient adiabatyczny)

- chwiejną (t > γ_a) - tendencja do rozwoju pionowych ruchów porcji powietrza, konwekcja termiczna

- obojętną (t = γ_a) - powietrze nie wykazuje tendencji do pionowych ruchów porcji powietrza, zachowuje się obojętnie

- stałą (t < γ_a) - tendencja powrotu powietrza do pierwotnego położenia

Stany równowagi termodynamicznej w atmosferze w różnym stopniu oddziałują na warunki pionowej wymiany ciepła i masy.

Równowaga chwiejna sprzyja tendencji do ruchów pionowych. Ich szybkość jest wprost proporcjonalna do różnicy gradientów (t - γ_a). podczas równowagi obojętnej wymiana przebiega z małym natężeniem, równowaga stała wyklucza tę wymianę.

Gdy t = 0^oC/100m tzw. Izotermia - tendencja do osiadania wyraźniejsza niż przy równowadze stałej - warstwa izotermiczna.

2. Co to jest promieniowanie efektywne?

Promieniowanie efektywne:

Różnica między promieniowaniem powierzchni Ziemi (E_z) i promieniowaniem zwrotnym atmosfery (E_a)

E_e = E_z - E_a

Jest to ilość energii, którą powierzchnia Ziemi traci w drodze wypromieniowania.

3. Wymień elementy meteorologiczne (ciągłe i nieciągłe)

Elementy meteorologiczne pogody: temperatura, ciśnienie, wilgotność, wielkość zachmurzenia, opady atmosferyczne, promieniowanie słoneczne

4. Stałe wyże i niże na półkuli północnej

Półkula północna:

Stałe ośrodki baryczne:

Wyż Azorski

Wyż Hawajski

Niż Islandzki

Wyż Grenlandzki

Sezonowe ośrodki baryczne:

zimowy Niż Aleucki

zimowy Niż Śródziemnomorski

zimowy Wyż Syberyjski

zimowy Wyż Północnoamerykański

letni Niż Południowoazjatycki

letni Niż Północnoamerykański

5. Co to jest cyklogeneza i cykloliza?

Cyklogeneza - proces tworzenia się i rozwoju niżów barycznych w atmosferze.

Cykloliza - proces zaniku niżów barycznych w amosferze

6. Cechy wiatru fenowego, procesy mu towarzyszące, jak powstaje

Z łańcuchami górskimi związane są wiatry fenowe, suche i ciepłe na zawietrznej stronie gór.

Fen odgrywa znaczną rolę klimatyczną, przyspiesza tajanie śniegu w górach, przynosi ocieplenie, ale pogarsza samopoczucie u ludzi. W polskich masywach znany jako wiatr - halny, w Alpach - fen, w Masywie Centralnym - aspre, w Górach Skalistych - chinook (pożeracz śniegu). Cechy: silny, porywisty, ciepły, suchy wiatr wiejący z gór

7. Główne obszary występowania cyklonów tropikalnych

Cyklony tropikalne są to wyjątkowo głębokie niże powstające w szerokościach międzyzwrotnikowych.

W odróżnieniu od niżów szerokości pozazwrotnikowych obejmują one jednorodną masę powietrza i nie towarzyszą im fronty atmosferyczne.

Powstają w strefach zwrotnikowych, nad oceanami, na północ od 5^o szerokości geograficznej północnej i na południe od 5^o szerokości południowej (nie występują na południe od równika we wschodniej części Pacyfiku i Atlantyku).

8. Narysuj przekrój pionowy frontu ciepłego, jakie chmury powstają

GR. D

1. Parametry wilgotności

Parametry wilgotności powietrza:

- prężność aktualna (e) - ciśnienie wywierane przez aktualnie zawartą parę wodną w powietrzu [mmHg lub hPa].

- prężność maksymalna (E) - największe ciśnienie wywierane przez parę wodną względem płaskiej powierzchni wody w danej temperaturze, prężność pary nasyconej [mmHg lub hPa].

- wilgotność względna powietrza (f) - jest to stosunek prężności pary wodnej znajdującej się aktualnie w powietrzu w danej temperaturze do prężności pary wodnej nasyconej w tej temperaturze.

- niedosyt wilgotności powietrza (Δ) - różnica pomiędzy prężnością pary wodnej nasyconej i prężności pary wodnej znajdującej się aktualnie w powietrzu [mmHg lub hPa].

- temperatura punktu rosy (t_d) - oznacza temperaturę, do której należy ochłodzić powietrze przy stałej prężności pary wodnej, aby prężność aktualna pary wodnej stała się równa prężności maksymalnej. (e=E) [ºC].

- wilgotność bezwzględna (d) - gęstość pary wodnej zawartej w powietrzu atmosferycznym, wyrażona jest liczbą gramów pary wodnej zawartej w 1m³ powietrza [g x m³]:

- wilgotność właściwa (q) - stosunek masy pary wodnej do całkowitej masy wilgotnego powietrza, tzn. mieszaniny pary wodnej i powietrza suchego [g x kg^-1]

- stosunek zmieszania.(r) - określony jest ilorazem masy pary wodnej i masy suchego powietrza w powietrzu wilgotnym [g x kg^-1]

2. Promieniowanie całkowite

Promieniowanie całkowite - suma promieniowania słonecznego bezpośredniego i rozproszonego.

Jego natężenie określa się względem powierzchni poziomej i można wyrazić wzorem:

I_c= I x sin h + i

I_c - promieniowanie całkowite

I - natężenie promieniowania bezpośredniego na powierzchnię prostopadłą

i - promieniowanie rozproszone

h - wysokość Słońca nad horyzontem

3. Procesy klimatologiczne

Czynniki i procesy klimatyczne (nadrzędne bodźce które powodują występowanie zespołu elementów i zjawisk meteorologicznych).

Procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, obieg wody (obieg duży - parowanie lądów i oceanów i mały - w obrębie kontynentu lub tylko oceanu), ogólna cyrkulacja atmosferyczna

(zwrotniki - zjawisko zenitu słońca, koła podbiegunowe - zjawisko nocy i dni polarnych)

Podział czynników: astrofizyczne, astronomiczne (ekliptyka Ziemi, kształt orbity), geofizyczne (kształt Ziemi, związane z ruchem wirowym Ziemi), geograficzne; dzielą się na strefowe (zależne od szerokości geograficznej np. kąt padania promieni słonecznych, strefy klimatyczne) lub astrefowe (rozmieszczenie lądów i mórz, wysokość npm, ukształtowanie terenu, nachylenie stoków, prądy morskie, rodzaj pokrycia terenu, pokrywa śnieżna, działalność człowieka).

4. Stale niże i wyże baryczne na półkuli południowej

Półkula południowa:

Stałe ośrodki baryczne:

Wyż Południowoatlantycki

Wyż Południowopacyficzny

Wyż Południowoindyjski

Okołoantarktyczna Strefa Obniżonego Ciśnienia

Sezonowe ośrodki baryczne:

zimowy Wyż Południowoafrykański

zimowy Wyż australijski

letni Niż Południowoamerykański

letni Niż Południowoafrykański

letni Niż Australijski

5. Frontogeneza i frontoliza

Frontogeneza - proces formowania się frontu atmosferycznego

Frontoliza - proces zanikania frontów atmosferycznych

6. Wiatr bora

W odróżnieniu od fenów, które mogą wystąpić w każdym paśmie górskim na świecie wiatry typu bora związane są z górami średniej wysokości, najczęściej usytuowanymi na wybrzeżach morskich. Są to wiatry zimne i suche o gwałtownych porywach i dużej sile niszczącej.

Powstają gdy:

• Nad kontynentem rozwinie się układ wyżowy z chłodnym powietrzem, z którego spływa powietrze w stronę cieplejszego zbiornika wodnego (bora antycyklonalna)

• W ośrodku niżowym (z centrum nad ośrodkiem wodnym), nad górami wystąpi duży pionowy gradient ciśnienia (najczęściej w zimie i na wiosnę). Powietrze zimne szybko przepływa przez góry i nad morzem gwałtownie wypycha powietrze ciepłe (bora cyklonalna)

Bora może spowodować znaczne ochłodzenie, przymrozki, niebezpieczne oblodzenie jednostek pływających w portach.

7. Przyczyny powstawania tornad na różnych obszarach Ameryki Północnej

Trąba powietrzna to wir powietrza ciągnący się od chmury Cb do powierzchni Ziemi.

Najczęściej ma kształt ciemnego leja, którego szerszy koniec łączy się z chmurą. Powietrze obracając się w nim spiralnie unosi się jednocześnie (silne działanie zasysające) i na górze rozpływa.

Prędkość obracającego się w nim powietrza sięga często 200-400 km/h, ciśnienie atmosferyczne jest bardzo niskie i różni się od ciśnienia panującego na zewnątrz o kilkadziesiąt hPa (do 100 hPa). Średnica leja tornado wynosi od kilkudziesięciu metrów do 200m. Tornado porusza się z prędkością ok. 50km/h przyspieszając lub zwalniając.

Skala F (fujity) intensywności tornad, sześciostopniowa, od F0 do F5 (zależność v_wiatru).

Wiatry te powodują niezwykle silne zniszczenia, uważane są za bardziej niszczące niż cyklony tropikalne, jednakże odznaczają się mniejszym zasięgiem.

Występują często przed chłodnymi frontami, przy wtargnięciach zimnego powietrza arktycznego nad obszar środkowej części Ameryki Północnej. Rejonem najczęściej nawiedzanym przez tornada jest obszar pomiędzy Górami Skalistymi i Apallachami.

8. Przekrój pionowy frontu chłodnego wraz z chmurami jakie tam występują

---