Работа школьной метеостанции

Введение

Работа по изучению динамики типичных погод в г. Омске проводится в школе № 78 с 1992 года. Качественно изменились методы наблюдения с сентября 2008 года: кабинет географии получил оборудование для наблюдения за погодой. В комплект входит метеостанция, установочный диск с программой для обработки данных на компьютере. Датчики метеостанции установлены на крыше школы, а сенсорный дисплей улавливает их показания и отображает на экране: температура на улице и в кабинете, влажность и тенденции  изменения, давление, направление и скорость ветра, количество осадков, прогноз погоды на ближайшее время (24 часа). Так же экран показывает точное время, месяц, год, день наблюдения, фазы луны, звуковым сигналом сообщает о критических показаниях датчиков, строит диаграмму динамики давления. (Приложение 4)
Программа курса географии 6 класса предусматривает ведение календаря погоды, учета наблюдений за фенологическими особенностями.

 Цель такой работы:

• учиться использовать современные технологии для изучения атмосферы.
• учиться наблюдать изменения в погодных условиях, фиксировать необходимые данные, вычислять средние месячные температуры, строить графики месячного хода температуры, вычерчивать розу ветров, диаграмму облачности, составлять описание погоды за сутки, месяц.
• развивать умение сравнивать типичные погоды одного и того же месяца за разные годы, анализировать, делать выводы, пользуясь различными методами.
• осознавать значение исследования погодных условий для различных отраслей хозяйства.

 В работу включены фрагменты  материалов наблюдений учащимися за динамикой погоды в октябре в городе Омске с 1992 года.

1. Изучение погоды сегодня и в будущем

Погода это состояние атмосферы в данное время и в данном месте и формируется она  в результате взаимодействия атмосферы и солнечного тепла, в этом процессе участвуют и другие факторы. Часть солнечной энергии отражают облака, другая часть согревает землю и океанские воды. Воздух, нагретый в тропиках, становится менее плотным, поднимается в верхние слои атмосферы и перемещается к полюсам. По пути он охлаждается, содержащая в нем влага конденсируется, образуя облака, и выпадает на землю в виде осадков. Вращение Земли заставляет воздушные потоки отклоняться: в Северном полушарии – вправо, а в Южном – влево. Направление воздушных потоков определяют также горные хребты, океанические течения и струйные воздушные течения, несущейся вокруг земного шара в верхних слоях атмосферы со скоростью, достигающей трёхсот километров в час. К этому прибавляются местные колебания температуры, влажности и давления – и в результате получается погода, которую мы наблюдаем и ощущаем на себе.

Сущность многих физических процессов, влияющих на погоду, была понята учёными десятилетия, а то и столетия назад. Однако эти процессы находятся в столь сложном взаимодействии и зависят от столь многих случайностей, что погода в результате напоминает летнее кучевое облако: его неторопливый полёт выглядит абсолютно предсказуемым, и в то же время каждый его завиток словно живет своей, странной и, казалось бы, совершено независимой жизнью.

Первые прогнозы погоды стали делать там, где в них была наибольшая необходимость, например в морских державах. Англичанин Эдмунд Галлей тот самый, в честь которого была названа комета, в семнадцатом веке составил для моряков карту пассатов и азиатских муссонов.    

В России первым о том, что необходимо вести метеорологические наблюдения и, главное, научиться предсказывать  погоду,  заговорил Пётр 1. В середине восемнадцатого века Михаил Ломоносов изобрёл несколько метеорологических приборов и предложил теорию, которая объясняла грозовые явления. И, наконец, в 1834 году Россия стала первой страной, в которой была создана государственная служба наблюдений за погодой. Её центром была нормальная обсерватория в Санкт-Петербурге, кроме того, было основано шесть филиалов. Сегодня в структуру  Госкомгидромета входит более двух тысяч метеорологических станций, на которых собирают данные и отправляют во Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации, расположенный в Обнинске.

Для того чтобы предсказать погоду, нужно знать, какова она сейчас, каковы, по определению метеорологов, погодные условия на данный момент, – и это одна из сложнейших задач. Благодаря, главным образом, усовершенствованию приборов наблюдения и появлению мощных компьютеров метеорологи могут делать всё более долгосрочные прогнозы.    

Так, сегодня в США, например, температуру на пять дней вперёд предсказывают с точностью до трёх градусов, что на один градус точнее, чем тридцать лет назад. В 1987 году предупреждение о ливневых паводках поступило за семь минут до их начала, а в 2004 году – уже за сорок семь. В позапрошлом году на побережье Мексиканского залива и Флориду обрушилось несколько ураганов. Ещё тридцать лет назад метеорологи, прогнозируя, в каком   месте  ураган  достигнет суши  через  три   дня, допускали погрешность в 760 километров, что позволило проводить более выборочную  эвакуацию населения.

В октябре 2008 года Российский Гидрометеоцентр начал установку нового мощного компьютера для получения прогнозов высокой точности и скорости обработки.

И, тем не менее, идеально точный прогноз  получить практически невозможно, потому что  даже мельчайшие изменения  в атмосфере могут повлечь за собой коренные перемены погоды. Не исключено, что мы никогда не сможем со стопроцентной точностью предсказывать передвижения ураганов, а самые мелкие и быстрые изменения погоды, и впредь будут становиться для нас неприятными сюрпризами.

Метеорология пока ещё не стала точной наукой, утверждает Национальная метеорологическая служба (НМС) Национального управления по исследованию океанов и атмосферы.

Компьютерные модели, на которые сегодня опирается прогнозирование погоды, требуют большего объёма информации, преподнесённой в более упорядоченной форме. Им необходимы данные из точек на условной сетке, покрывающей территорию Земли и атмосферу, которые обновлялись бы каждый час, а лучше – каждую минуту. В реальности это совсем не достижимо. Спутники с трудом «видят» сквозь плотные облака и не могут с большой степенью точности определять направления ветров. Метеорологические  станции, самолёты и корабли, ведущие направления за погодой, расположены неравномерно, и из многих слаборазвитых регионов, например с обширных просторов Африканского континента, поступает очень мало данных.

Для того, чтобы дополнить наблюдения и выбрать корректные исходные данные, метеорологи берут  наиболее подробные снимки атмосферы и определяют как она изменится в ближайшем будущем. Так получается некий промежуточный прогноз, который помогает метеорологам заполнить пробелы в полученных ими сведениях и получить законченную картину текущего состояния погоды во всех точках воображаемой глобальной сетки. Она создается с помощью метода математических моделей, который помогает заглядывать в будущее. Метеорологи вводят данные о состоянии атмосферы, модель их анализирует и выдаёт прогноз того, как будет изменяться её состояние атмосферы, понимают, что с ней будет через минуту.

В 1972 году Эд Лоренц, метеоролог Массачусетского технологического института, использовал происхождение в атмосфере процессы в качестве примера для объяснения теории хаоса, согласно которой самые незначительные изменения могут со временем привести к грандиозным последствиям. Лоренц говорил о том, что легчайший ветерок, поднятый движением крыльев бабочки в одном полушарии Земли, может вызвать в другом полушарии бурю. Это, конечно, преувеличение, но в нём есть доля правды. Мелкие явления, оставшиеся незамеченными по той или иной причине,  из-за того, что они попадают в пределы погрешности, из-за ошибочных данных могут привести к серьезным изменениям погоды.

Небольшая перемена ветра может на километры отклонить ураган от прогнозированного курса. Зимой перемена температуры на какую-то долю градуса может предопределить, что будет падать с неба – снег, дождь или дождь со снегом. Эти небольшие изменения оказывают огромное влияние на миллионы людей.

В прогноз вносится статистическая погрешность: скажем, сорок три из пятидесяти компьютерных прогнозов предсказывают снег, а семь – дождь. Именно поэтому во многих прогнозах есть слова «возможно» и «вероятно».

Последнее слово в составлении прогноза принадлежит не компьютеру. После того, как модель выдаёт своё заключение, оно переводится в удобочитаемую графическую форму и посылается в Центр гидрометеорологического прогнозирования. Там результаты работы компьютеров проверяя т метеорологи.

Какое будущее у прогнозирования обычных явлений, которые интересуют большинство людей, – холодных фронтов, дождей и ясной погоды? Качество таких прогнозов будет неуклонно повышаться.

К 2025 году точность количественных прогнозов на двухдневный срок станет практически идеальной. Если в прогнозе говориться, что выпадет 30 сантиметров снега, значит, выпадет от 25 до 35 сантиметров. Недельные прогнозы температуры и осадков будут также точны, как сегодня – двух или трёхдневные.

Появятся более подробные модели, компьютеры будут мощнее. В некоторых крупных городах США, к примеру, уже действуют пробные проекты интенсификации работы компьютеров, позволяющие прогнозировать грозы за сутки с точностью до нескольких километров. Это полезно для аэропортов.  Однако метеорологи уверены, что ключевую роль в повышении точности прогнозов сыграет повышение количества собираемой информации.

Спутники нового поколения помогут заполнить лакуны, которые сегодня искажают прогнозы. В декабре 2005 года заработала совместная американо-тайваньская система под названием formosat-3/cosmic, которая зондирует атмосферу с помощью радиосигналов спутников Глобальной системы позиционирования (GPS). Шесть орбитальных спутников принимают сигналы, прошедшие сквозь атмосферу и вернувшиеся в космос. Анализируя воздействие температуры и влажности воздуха на скорость прохождения через него радиоволн, система создает глобальную карту этих свойств атмосферы.

Другие спутники будут зондировать атмосферу с помощью лидаров. Они действуют по тому же принципу, что и радары, только вместо радиоволн используют лучи лазера. Анализируя отражение лучей от молекул воздуха и пылинок, лидар определяет скорость ветра. Оборудованный лидаром спутник сможет следить за ветрами, дующими над океанами, где наблюдения ведутся  фрагментарно, но именно так зарождаются ураганы и циклоны. Если удастся довести точность определения того места, где ураган достигает берега, до сотни километров, то можно будет проводить осмысленную эвакуацию жителей, вместо того чтобы объявлять, например, тревогу чуть ли не на половине территории всего восточного побережья Соединенных Штатов. Планируется поднять лидар в воздух на метеозонде. Это будет первым шагом на пути создания, оснащенного лидаром спутника. Сейчас идут наземные испытания этих устройств.

Но, не смотря на все технические достижения последних лет, тот день, когда метеоролог сможет забыть об интуиции и полагаться только на технику, наступит ещё очень не скоро.

Мы решили быть причастными к изучению погоды, сбору информации о её изменениях. Наблюдения проводим с помощью  специальных приборов с 1992 года: термометр (температура), барометр  (давление), флюгер (направление, сила ветра), визуально    (облачность, вид облаков, вид осадков),  а с сентября 2008 года –  по показаниям школьной метеостанции. (Приложение 4)  Календарь погоды дополняем информацией о других явлениях в природе. Тип погоды определяем, пользуясь специальной таблицей учебника.

2.  Динамика типичных погод в октябре в г. Омске за периоднаблюдения 1992-2010 годы

Начало осени в Омском Прииртышье метеорологи считают с даты перехода средних суточных температур воздуха +10°, что по многолетним средним данным приходится на 21 сентября. Осенние месяцы характеризуются быстрым понижением температуры воздуха на 2-3 градуса каждую декаду. Учащаются заморозки в воздухе и на почве. За сентябрь – октябрь выпадает 54 мм атмосферных осадков.

Фенологи находят осень в Омском Прииртышье длительностью в 63 дня (Приложение 1, Приложение 2), она состоит из четырёх подсезонов: начало осени, золотая осень, глубокая осень и предзимье. Каждый из них имеет свою специфику, как и другие подсезоны года обуславливая аспекты ландшафта с определёнными красками физиологическим состоянием органического мира. Жизненное состояние организмов постепенно затухает и прекращается, переходя в стадию покоя, так как экологические факторы оказываются ниже оптимальных величин, резко снижая свои показатели каждый день.

Начало осени – первый сезон, длится 19 дней. Начинается первыми желтыми прядями листьев у берёзы (3 сентября) и заканчивается массовым стаянием скворцов (21 сентября). Этому времени года характерно начало окрашивания листвы на большинстве древесных растений, темнеет подмороженная ботва овощей и цветов. Созревают плоды и семена, наливается картофель, буйно растут корнеплоды, идёт листопад с деревьев и кустов. Ландшафт постепенно меняет зелёную окраску на жёлтую с красными, бурыми, белыми оттенками. Разноцветье осени расширяется с каждым днём. Дикие животные, нагуляв жир, начинают уходить на отдых, кочуют, с насиженных мест. За это время полностью пустеют зерновые поля, силосные участки, луга. Именно в это время чаще стоит хорошая погода, «бабье лето» как говорят в народе. Оно благоприятно сказывается на уборке картофеля, корнеплодов, других овощей и сочных кормов с полей. Идёт массовая закладка урожая на хранение, сухая солнечная погода способствует этому. Тепло бывает в эти дни, как летом, но не каждые дни. В садах и лесах заготавливают плоды впрок, начинают посадку и пересадку растений. Продолжается охота на дичь, если был хороший приплод.

Золотая осень длится 19 дней, Начинается с массового пожелтения листьев на берёзах (22 сентября) и заканчивается появлением ледовых заберегов на озёрах (10 октября). В этот подсезон тоже часто возвращается летняя погода с весенними признаками. Если лето было засушливым, а осень теплая и дождливая, нередки случаи вторичного цветения плодовых растений, даже вторичный прирост побегов бывает в эти первые два дня подсезона осени.

Не скинув листьев, деревья могут снова зацвести, пусть в рост вегетативные почки, но заморозки по ночам быстро сворачивают возвратный рост и развитие растений, возникшие не ко времени. Такие случаи бывают за последние десятилетия почти ежегодно. Они отрицательно действуют на вызревание древесины.

Глубокая осень длится 11 дней. Конец листопада берёз (11 октября) – индикатор её начала, последний осенний завершается (20 октября). Усиливаются ночные морозы, бывают они и днём. Первые снегопады тают. Ещё часто стоит ненастье и распутица. Идёт массовый отлёт птиц на юг, линька животных. Грызуны, пресмыкающиеся, земноводные, членистоногие животные исчезают, прячась в норах, под лесной подстилкой. Пустеют степи и леса, озёра и болота. Начинается гон лосей, других крупных животных. Завершается листопад древесных растений. В это время заканчивают все дела в поле, связанные с обработкой почвы и сбором урожая.

Предзимье – последний подсезон осени, длится 15 дней. Начинается 21 октября, когда почва застынет и больше не оттает. Заканчивается подсезон, когда пойдёт шуга на Иртыше (4 ноября). В это время озёра, пруды и болота покрываются льдом, но реки только начинают покрываться льдом. Стоит ненастье, больше ветреных дней с холодом и морозом ночью, но снега почти нет или совсем нет. Древесные растения стоят без листьев. Только сосны, ели, пихта, можжевельник зеленеют среди них. Почти не видно животных в лесу и степи, на водоёмах. Травы пожухли, почернели, опустились к земле, но двухлетними зелёными розетками встречаются на обочинах дорог и полей. Заканчивается линька у зверей. Кучевых облаков нет. В лесопарках с разнообразной  флорой  появляются кочующие птицы: снегири, дрозды, поползни, свиристели, синицы и другие. В это время года окончательно завершают работы на полях, пока нет морозов. Садоводы утепляют и пригибают растения теплолюбивых культур. Животноводы приводят скот на стойловое содержание в зиму. Разворачивается осенняя охота. Люди начинают одеваться по-зимнему. Завершают осенние посадки древесных растений и посев их семян в питомниках. Начинают посевы некоторых овощей и цветов на открытом грунте. Утепляют хранилища овощей и картофеля. Завершают ремонт помещений.

Сравнивая показания средних месячных температур октября в г. Омске с 1992 по 2008гг. со средними месячными многолетними показателями видим  изменения – повышение среднемесячных температур. См.  таблицу 1 и  Приложение 3, Приложение 4.

Сравнивая среднюю месячную скорость ветра в октябре в г. Омске с 1992 по 2008гг. со средними месячными многолетними показателями    видим стабильные  результаты – ветер слабый.

Изучая ветровой режим, отмечаем закономерное повторение преобладающего направления ветра в октябре за весь наблюдаемый период – юго-западный. См. таблицу ниже и Приложение 3.

Табл. 1. Динамика типичных погод в октябре в городе Омске с 1993 по 2010 год.

Анализируя фрагменты календарей погоды с 1992 по 2008 годы, следует отметить, что осень у нас ранняя не продолжительная 1,5-2 месяца (сентябрь – октябрь), нередко пасмурная и дождливая. Тёплая погода обычно сохраняется до конца сентября, хотя, пожелтевшие листья и заморозки с середины месяца, говорят о наступлении осени. Дождливым и холодным сентябрь бывает в редкие годы.

В октябре уже наблюдается значительное похолодание, в конце этого месяца отмечаются первые снегопады – предвестники быстро надвигающейся сибирской зимы. Исключением является октябрь 2005 года и 2008 года.

Во фрагментах календарей погоды мы наблюдаем следующую динамику типичных погод в октябре в г. Омске:  неизменно преобладает тип погоды – прохладно, часто встречается – умеренно тепло, холодно, редко встречается – тепло, слабо морозно. (Приложение 3)

Сравнивая наблюдаемые результаты за октябрь месяц с 1992 по 2010год со средними многолетними показателями мы видим значительные изменения в погодных условиях: октябрь в среднем стал теплее на 4,3° С.

Изучив динамику типичных погод в октябре в городе Омске за период с 1992 по 2010 год можно утверждать, что в течение наблюдаемого времени  преобладал тип погоды «прохладно» при слабом юго-западном ветре с температурой около  5.7 ° С.

По наблюдениям государственной метеостанции России 2005 год был самым тёплым  за последние годы наблюдения. А сейчас климатологи утверждают, что самым тёплым годом был 2006 год, особенно зима. Например, в декабре в Москве отмечались дни с t° выше 0° до +8° С. Необычным по исключительно малому количеству осадков выдался и декабрь  2008 года.

Заключение

Наблюдения за погодными условиями имеет огромное значение для хозяйственной деятельности человека, комплексного изучения региональных природных условий, народного образования, развития промышленности и транспорта, медицинских и санитарных нужд, рекреационной деятельности.

В сельскохозяйственном производстве они выявят оптимальные сроки сева и посадки сельхозкультур по метеорологическим и фенологическим показателям.

В лесном хозяйстве фенологические исследования способствуют получению высоких сборов даров леса; помогают охранять леса от пожаров, вредителей и болезней любой стихии, улучшают воспроизводство леса и заготовку древесины.

В охотничье-промысловом хозяйстве фенологи помогают установить оптимальные сроки охоты, организовать подкормку животных, определить численность и распространение их, вести охрану животных от стихийных бедствий.

В рекреационном использовании лесов фенологи способствуют определению лучших сроков отдыха в природе, помогают определить подходящие места для этих целей.

В транспорте фенология нуждается для определения лучших сроков для ремонтных робот, для перехода на зимнее и летнее расписание движения, для подбора подходящих пород древесных растений в лесополосе, для предвиденья стихийных бедствий и организации с ними, для отпугивания животных от трасы.

В промышленности фенологи помогают определить распределение энергетических и трудовых ресурсов, борьбу с загрязнением окружающей среды, организационные вопросы.

В здравоохранении по фенологическим показателям развёртывают борьбу с энцефалитным клещом и другими вредителями насекомыми, организацию лечения людей и профилактические мероприятия, заготовку лекарственного сырья, применение лекарственных препаратов и других средств лечения.

В народном образовании и просвещении проводят фенологические наблюдения для оздоровительных целей, экологические воспитания. Организации летней практики и отдыха студентов и учащихся, проведения трудовых занятий по обгараживанию земли, организации предохранительных мероприятиях.

Нет такой области хозяйственной деятельности человека, где бы ни применялись достижения фенологии для улучшения повседневной жизни, труда и отдыха людей.

Особенно важно продолжать наши наблюдения в период изменения климата в глобальном масштабе. Например, газета «География» (№24) о глобальном потеплении сообщает: «Эксперты Организации Объединенных Наций пришли к выводу, что причиной таяния древних гималайских ледников стало глобальное потепление. Для исследования этого горного района была создана специальная группа альпинистов, которая была направлена в регион. В течение двух недель лучшие альпинисты мира, многие из которых являются по совместительству и экологами, изучали в горах последствия глобального потепления. Информацию они предоставили самую неутешительную, признаки уже полностью вступившего в силу потепления видны всюду: на скалах обнаружены глубокие следы отступающих ледников, а ледниковые озёра наполнены измельчённым льдом. Знаменитый ледник, с которого около пятидесяти лет назад поднимались на Джомолунгму её первые покорители – Эдмон Хиллари и Норгей Тенцинг, отступил более чем на пять километров вверх, и его таяние продолжается. Таяние ледников вызовет горные сели и наводнения, представляющие угрозу жизням тысяч людей».

Исследования, проведенные в Непале и Бутане, показали, что, начиная с середины 1970-х годов, повышение температуры почти на один градус по Цельсию привело к таянию снежных равнин и ледников и, как следствие, переполнению озёр. В 1985г., в Непале переполненное озеро разрушило 14 мостов и причинило ущерб в 1,5 миллиона долларов. Только в Непале и Бутане обнаружено, по меньшей мере, 44 потенциально опасных озера. В марте 2008 года в Японии состоялась встреча ученых по  поддержке экологических проектов,  направленных на   предотвращение последствий глобального потепления.

Накопленный материал можно использовать при изучении тем: атмосфера (5, 6 кл.), климат Омской области (8 кл.), влияние человека на состояние окружающей среды  (5-11 кл.).

Литература:

1. Атлас Омской области. Омск 1999 г.
2. География, газета. №24 (823) 15-31 декабрь 2006 г.
3. География Омской области. Омск 1991г., 2008 г.
4. Многофункциональная беспроводная погодная станция. Руководство пользователя. Модель WMR 200. 2008 г.
5. Национальная география, журнал. Июнь 2005 г.
6. Фенология Омской Области. Омск 1991 г.