XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Таинственные облака

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Чесноков К.Д. 1

---

1МОО-СОШ №7

Сеньшина Е.А. 1

---

1МОО-СОШ №7

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Облака играют важную роль в природе. Именно они являются для земли основным источником влаги, летом защищают от палящих лучей Солнца, а зимой служат надежной защитой земли от переохлаждения.

Невозможно переоценить значение облаков и в жизнедеятельности человека. Это прежде всего в сельском хозяйстве, когда безоблачная и жаркая погода может привести к засухе или наоборот, слишком активные дожди могут залить посевы и привести к гибели урожая.

Такое явление природы как облака имеет огромное значение в авиации. Безопасность воздушного движения зачастую зависит от правильного прогноза приближающихся кучево-дождевых, слоисто-дождевых и грозовых облаков, а также оценки их мощности и высоты.

Множество сфер деятельности человека связаны и зависят от умения человека идентифицировать разные виды облаков и прогнозировать их дальнейшее перемещение. Именно поэтому данная тема очень актуальна в современном мире.

Сейчас люди научились не только наблюдать и прогнозировать, но и искусственно управлять облаками, заставляя их проливаться дождем в тех местах, в которых необходимо. Такая практика применяется при тушении больших лесных пожаров, а также для предотвращения дождливой погоды во время важных государственных мероприятий.

Объект исследования – облака, как явление природы.

Предмет исследования – виды облаков.

Цель работы:

- научится идентифицировать различные виды облаков;

- заинтересовать сверстников и привить им интерес к изучению данного явления природы.

Задачи:

-собрать и изучить информацию об облаках;

-выяснить, как различают облака;

-научится идентифицировать разные виды облаков;

-провести наблюдение за облаками, используя оборудование метеоплощадки и данные с воздушного судна;

-узнать какие виды облаков встречаются в нашей местности и какой характер погоды они несут;

-создать краткий «путеводитель по миру облаков», который позволит упростить идентификацию облаков.

Методы исследования:

-визуальное наблюдение за облаками (в том числе, с использованием поляризованных очков) и фиксация наблюдений;

-наблюдение с помощью метеорологических приборов;

-изучение предоставленного материала с воздушного судна;

-использование собственно изобретенного «путеводителя по миру облаков»;

-сопоставление и сравнение;

- анализ.

ГЛАВА 1. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОБЛАКОВ

1.1. Понятие облаков и процесс их образования

И так, что же такое облака? Облака – это взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара.

А как же образуются облака? Солнечные лучи нагревают земную поверхность, за счет чего тепло передается воздуху. В результате возникшей конвекции нагретый воздух быстро поднимается в верх, а на высоте начинает охлаждаться. В нем содержится водяной пар. Процесс восхождения пара является следствием различия температур в разных слоях атмосферы. В верхних слоях температура существенно ниже, чем у поверхности земли. Для успешного образования облака, в самом начале процесса, требуются мельчайшие частицы пыли, которые обеспечивают молекулам воды базу и к которым они могли бы «прикрепиться».

Высота, на которой запускается процесс преобразования пара в капли росы, является нижней границей образующегося облака. При этом с поверхности земли продолжает поступать нагретый воздух. Он пересекает нижнюю границу, и конденсация осуществляется на более высоком уровне. Так облако становится больше в высоту. Его верхняя граница обычно выражена нечетко.

При температуре выше -10 градусов по Цельсию облака состоят из капельных элементов, при температуре от -10 до -15 градусов смешанные (капельные и кристаллические), а при ниже -15 градусов состоят из кристаллических элементов.

Облака кажутся легкими и «воздушными», однако в действительности вес крупного облака – около 1 тонны.

1.2. Разновидности облаков

Разновидностей облаков множество, но существует 10 основных видов. Основной отличительный признак при определении вида облаков – их внешний вид и структура. В зависимости от высоты нижней границы облаков их относят к одному из трех ярусов: верхнему, среднему или нижнему. Особо выделяют облака вертикального развития – это отдельные облачные массы, значительно простирающиеся по вертикали вверх. Их основание обычно находится в нижнем ярусе, а вершина может достигать среднего или даже верхнего яруса. В соответствии с внешним строением и расположением облаков по ярусам мы и будем идентифицировать облака.

Облака верхнего яруса (6 км и выше):

Перистые.

Отдельные белые волокнистые облака, обычно очень тонкие и прозрачные. Они напоминают тонкие белые нити. Данный вид облаков чаще всего находятся на высоте 7-10 км. Перистые облака обычно прозрачны, сквозь них просвечивают солнце и голубое небо. Днем такие облака не уменьшают освещенности. Толщина слоя колеблется от сотен метров до нескольких километров. Осадки из этого вида облаков не выпадают, а если изредка и выпадают, то настолько мелкие и скудные, что почти всегда испаряются на больших высотах, не достигая земли.

Перисто-кучевые.

Белые тонкие облака, состоящие из очень мелких волн, хлопьев или ряби, частично с волнистым строением. Преобладающая высота нахождения от 6 до 8 км. Толщина слоя не превышает 200 - 400 м. Перисто-кучевые облака прозрачны. Закрывая солнце, они почти не уменьшают освещенности. Голубое небо просвечивает через облака. Осадки из этого вида облаков не выпадают.

Перисто-слоистые.

Белая или голубоватая полупрозрачная однородная пелена облаков, иногда слегка волокнистого строения. Перисто-слоистые облака полностью или частично закрывают небо. Высота, на которой расположен данный вид облаков, обычно 6-8 км. Толщина слоя колеблется от 100 м. до нескольких километров. В перисто-слоистых облаках часто наблюдается яркое гало вокруг солнца, сквозь них просвечивает голубое небо. Осадки из этих облаков не достигают земли, только при низких температурах воздуха дают очень слабый снег.

Облака среднего яруса (от 2 до 6 км):

Высококучевые.

Белые, серые или бело-серые облака в виде волн (гряд), состоящих из пластин или хлопьев. Эти облака обычно разделены просветами голубого неба, но иногда сливаются в почти сплошной покров. Высота основания от 2 до 6 км. Толщина слоя 200-700 м. Сквозь центральные части уплотнений в облаке солнце не просвечивает или просвечивает очень слабо. Сквозь тонкие края высококучевых облаков солнце просвечивает. Если волны или пластины сливаются в покров, полностью закрывающий часть неба вблизи солнца, то оно обычно совсем не просвечивает. Осадки иногда могут выпадать в виде отдельных капель дождя или снежинок.

Высокослоистые.

Серая или синеватая однородная пелена облаков, местами слегка волокнистой структуры. Высота облаков от 3 до 5 км. Толщина слоя в среднем около 1 км. Проницаемость облаков такая, что сквозь них можно определить положение солнца, кажущегося размытым, как сквозь матовое стекло. Высокослоистым облакам не свойственны явления гало. Осадки выпадают, но в средних и южных широтах летом обычно не достигают поверхности земли вследствие испарения.

Облака нижнего яруса (2 км и ниже):

Слоисто-дождевые.

Серый облачный слой, часто темный, кажущийся размытым вследствие более или менее непрерывно выпадающих дождя или снега, которые в большинстве случаев достигают земной поверхности. Мощность этого слоя достаточна во всех его частях, чтобы полностью скрыть солнце. Облака обычно закрывают всё небо без просветов. Высота основания от 100 метров до 1 км. Толщина слоя обычно от 2 до 3 км, но иногда достигают 5 км и даже больше. Осадки – обложной дождь или снег. Ниже этого слоя часто появляются низкие разорванные облака, отдельные от него или с ним сливающиеся.

Слоисто-кучевые.

Серые облака, состоящие из крупных гряд (волн), пластин или глыб, разделенных просветами или сливающихся в сплошной серый волнистый покров неодинаковой плотности. Высота основания обычно от 500 м. до 1.5 км. Толщина слоя от 200 до 800 м. При сплошном покрове плотных облаков солнце не просвечивает. Если в облаках имеются просветы или тонкие части у краев облака, то солнце может временами просвечивать. Осадки, чаще всего, не выпадают. Из не просвечивающих облаков могут выпадать слабые непродолжительные осадки в виде дождя или снега.

Слоистые.

Однородный, серый облачный слой, сходный с туманом, приподнятым над поверхностью земли. Часто нижняя поверхность этого слоя бывает разорванной. Обычно слоистые облака закрывают всё небо серой пеленой, но иногда могут наблюдаться и в виде разорванных облачных масс. Высота от 100 до 700 метров, но иногда облака сливаются с наземным туманом. Толщина слоя от 200 до 800 метров. Солнце через слоистые облака обычно не просвечивает. Если облака очень тонкие или разорванные, то через их края солнце может просвечивать. Иногда может выпадать морось или мелкий снег.

Облака вертикального развития:

Кучевые.

Отдельные облака, обычно плотные и с резкими очертаниями, развивающееся в вертикальном направлении в форме бугров, куполов или башен с выпуклостями, вследствие чего они в верхних частях часто имеют вид вилков цветной капусты. Основание облаков обычно плоское. Кучевые облака могут быть в виде отдельных редко расположенных облаков или значительных скоплений, закрывающих почти всё небо. Высота основания обычно от 800 метров до 1.5 км., но иногда достигает 2.5 -3 км. Вертикальная протяженность от сотни метров до нескольких километров. Центральные части кучевых облаков полностью закрывают солнце, края же просвечивают. Осадки обычно не выпадают.

Кучево-дождевые.

Белые облака с темными основаниями, поднимающиеся в виде огромных горообразных облачных масс с вершинами, имеющими по большей части волокнистое строение. Все небо не закрывают, между отдельными облаками имеются просветы. В отдельных случаях, при скоплении этих облаков, весь видимый небосвод может быть закрыт на короткое время. Высота основания от 400 м. до 1 км. Вертикальная протяженность от 3 до 4 км. Солнце сквозь облака не просвечивает. Осадки всегда имеют бурный, ливневый характер. [2], [5], [7].

1.3. Идентификация облаков на практике

Для наглядности и удобства идентификации облаков, основываясь на научной литературе, мной был создан визуальный «путеводитель по миру облаков» (Приложение №1). На нем мы можем увидеть основные отличительные характеристики десяти видов облаков, их визуальное изображение, а также распределение всех видов облаков по ярусам в зависимости от высоты нахождения. Опираясь на этот путеводитель велись основные наблюдения.

Исследования проводились два летних месяца: июнь и июль 2020г., в г.о. Клин, Московской области.

Для наблюдений за облаками выбирались места, где открывается наибольший обзор. Время суток подбиралось, предпочтительно дневное, т.к. на закате солнца мы можем неправильно оценить окрашивание облаков. Можно было увидеть не раз, как в это время суток, белые кучевые облака приобретали серый или коричневый цвет из–за угла падения освещения солнца. В такие моменты их можно перепутать с кучево-дождевыми облаками.

Во время наблюдений мной использовались поляризованные солнечные очки. В них изображения облаков становилось более четким. Это особенно актуально при наблюдении за тонкими, волокнистыми облаками.

Для определения высоты нижней границы облаков применялся датчик высоты облаков ДВО-2. Измерение производится путем определения времени прохождения светового импульса от излучателя (датчика) до нижней границы облаков и обратно. Диапазон измерения высоты облаков от 15 до 2000 м.

Еще один измеритель высоты нижней границы облаков ЛИНГОМ-2. Принцип действия идентичный. Только вид импульса, который излучает данный аппарат, лазерный. Это более современный прибор. Его диапазон измерений от 10 до 3000м. Но, он более чувствителен к таким помехам, как дымка и туман.

Для более точной оценки формы, вида, высоты и плотности облаков в авиации производят воздушную разведку погоды. Это необходимо для определения характера погоды в целях безопасности воздушного движения. Воздушное судно поднимается в небо, где пилот, с помощью приборов, замеряет нижнюю границу облаков, их плотность и описывает визуальные черты облаков. Во время исследования у нас несколько раз была возможность воспользоваться данными воздушной разведки погоды и оценить вид, плотность и высоту облаков не только с земли, но и на основании предоставленной информации с воздушного судна. Идентификация и оценка облаков в таком случае были более точными.

15 июля мы идентифицировали мой самый любимый вид облаков, кучевые. Они невероятно красивые, белые, воздушные, как мягкая вата. Но именно этот вид облаков бывает сложно идентифицировать с земли, так как их основание обычно плоское, а развитие идет в вертикальном направлении в виде бугров, куполов или башен. Для точного определения вида облаков в это день мы воспользовались данными с воздушной разведки погоды, которые нам предоставили пилоты. Вид кучевых облаков с верху часто сравнивают с вилками цветной капусты, именно такую картину мы и могли наблюдать по видео, снятому с воздушного судна. Высота основания облаков, по данным с земли и с воздуха совпадала и имела значения 1200 -1500 метров, что так же характерно для кучевых облаков. С воздушной разведки погоды, было четко видно вертикальное развитие облаков. Отсутствие дождя в этот день также подтвердило правильность наших выводов.

Таким образом, я изучил характеристики основных видов облаков и научился правильно их идентифицировать, применяя различные методы наблюдения и исследования.

ГЛАВА 2. РАЗНОВИДНОСТИ ОБЛАКОВ В НАШЕЙ МЕСТНОСТИ И ХАРАКТЕР ПОГОДЫ, КОТОРЫЙ ОНИ НЕСУТ

Одна из задач моих наблюдений состояла в том, чтобы описать характерные виды облаков нашей местности и характер погоды, который они несут. Но лето в этом году в нашем округе было не типичным. Преобладала пасмурная и дождливая погода. Ливневые дожди носили регулярный характер. За два исследуемых месяца количество выпавших осадков более чем в два раза превысило норму для нашего региона. В июне выпало 133мм осадков (при норме 77), а в июле 202 мм (при норме 87.). Самые интенсивные осадки наблюдались 10 июня, когда за 12 часов выпало 48мм осадков и 8 июля – 35мм за 12 часов. Такие ливни принесли нам мощно-кучевые и кучево-дождевые облака большой вертикальной протяженности.

На протяжении двух исследуемых месяцев мной ежедневно вёлся дневник наблюдений и отмечались виды облаков в нашей местности (Приложение №2 и Приложение №3). В течении каждого дня мы могли наблюдать несколько видов облаков, а иногда и несколько видов облаков единовременно. Полностью безоблачного дня, за два исследуемых месяца, в нашем регионе увидеть не удалось. Однако были дни, когда на протяжении некоторого времени небо было безоблачным.

Проанализировав записи в дневнике, мы можем сделать вывод, что в июне и июле 2020 года преобладали кучево-дождевые и слоисто-кучевые облака. Они и несли дождливый характер погоды, которым характеризовалось это лето. В не дождливые дни или дни с не существенными осадками мы могли наблюдать кучевые, перистые, перисто-слоистые, перисто-кучевые и высококучевые облака. По данным метеорологов, обычно именно эти виды облаков являются преобладающими в летний период года в нашем регионе. Однако данное лето было не типичным и кучево-дождевые облака вышли в «лидеры» по данным нашей диаграммы (Приложение №4).

По диаграмме «количества осадков», основанной на полученной во время исследования информации, а также на архивных данных гидрометцентра России, мы можем видеть, что два исследуемых месяца 2020 года, были самыми дождливыми из рассматриваемых 11 лет (Приложение №5). Количество осадков в нашем регионе за июнь и июль составило 355 миллиметров, что более чем в два раза превысило норму. Метеорологи Московской области говорят, что эти два месяца стали самыми дождливыми за 200 лет наблюдений.

Этим летом средства массовой информации регулярно сообщали нам о подтоплениях, образовавшихся в результате ливневых дождей. Активный грозовой фронт, который прошел 10 июня, особенно сильно проявил себя в северных и западных районах Московской области. Местами количество выпавших за сутки осадков было сопоставимо с 2/3 июньской нормы дождей. Периодически появлялись сообщения о подтоплениях и разрушениях мостов. По Московской области в тройке лидеров по количеству выпавших осадков оказались Талдом, где в осадкомеры метеорологов попало 27 мм осадков, Ново-Иерусалим, где выпало 43 мм дождя, и Клин с результатом 48 мм. Местами ливни сопровождались шквалистыми порывами ветра, скорость которых достигала 23 м/с, в некоторых районах выпал град.

Государственное информационное агентство ТАСС сообщало о том, что 10 июня 2020 года дождевая вода залила содовое товарищество «Химки» в Клину. В результате сильного дождя в данном СНТ произошло подтопления 100 участков и 100 домов.

Региональное информационное агентство Московской области РИАМО предоставило информацию о подтоплении подстанции «Першутино». Данное подтопление произошло в результате мощного ливня, который прошел 10 июня на севере Подмосковья. В результате энергетики были вынуждены обесточить энергооборудование подстанции, питающей потребителей нескольких населенных пунктов Клина.

Всего в Подмосковье в результате сильного дождя и ветра было нарушено электроснабжение в пяти населенных пунктах, более 1200 человек остались без света, повалены десятки деревьев.

Июльские ливни так же принесли множество неприятностей жителям нашего региона. Сообщалось, что ливневые дожди размыли дорогу в СНТ «Клинские просторы», которое находится на территории сельского поселения Петровское. Более 50 семей, проживающих там в дачный сезон, оказались лишены возможности выезда из СНТ.

На основании данной информация о затоплениях в Клинском районе мы можем сделать несколько умозаключений:

Значение облаков и осадков, которыми они проливаются, имеет огромное значение в жизнедеятельности человека;

Масштабы затоплений еще раз подтверждают высокую интенсивность осадков летом 2020 года в нашем регионе;

Умение идентифицировать различные виды облаков и предвидеть характер погоды, который они несут, может существенно сократить возможные неблагоприятные последствия ливней для человека;

По моему мнению, необходимо уделять больше внимания изучению облаков и внедрению новых технологий и возможностей для искусственного управления облаками. Проводить разработки для того, чтобы управление облаками с помощью авиации или наземных средств было более доступным. Такие открытия позволяли бы предотвращать локальные ливни. За счет распределение выпадения осадков на более обширную территорию, и мы могли бы оградить города и другие населенные пункты от локальных затоплений и чрезвычайных происшествий, связанных с ними.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что этим летом в нашем регионе преобладала пасмурная и дождливая погода. В связи с этим, чаще других видов облаков наблюдались кучево-дождевые.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Облака невероятно таинственное и загадочное явление природы. Их недосягаемость всегда завораживала и интересовала. Их красота всегда манила и интриговала. Смотря на облака невольно вспоминается поэзия, возникает мечтательное настроение. Но, не смотря на всю кажущуюся романтичность и простоту, облака обладают огромной силой и мощью. За время исследования я осознал огромную значимость облаков для человека и для природы в целом. Только научное познание этого природного явления и прогресс в области управления облаками, позволит правильно пользоваться тем, что дала нам природа.

По завершению проектной работы хочется отметить достигнутые результаты:

-Мне удалось научится идентифицировать различные виды облаков и производить анализ предстоящей погоды по виду облаков и на основании полученных в ходе исследования знаний и умений.

- Во время изучения видов облаков, мной был изобретён «Путеводитель по миру облаков», который существенно облегчил идентификацию облаков, и вызвал огромный интерес к данной теме у сверстников. Данный «Путеводитель» уже нашел практическое применение в городе Клин. Его приобрели две метеостанции и используют как наглядный информационный стенд для младших сотрудников. Несколько экземпляров «Путеводителя по миру облаков» предоставлены в нашу школу, где его применяют во время внеурочной деятельности (Приложение №6).

- Наблюдая за характером погоды в нашей местности в июне и июле 2020 года, были сделаны определенные выводы, касающиеся видов облаков и количества осадков, которые могут быть полезны и использованы для дальнейшего изучения природных явлений.

В заключении хочется сказать, что внимательное наблюдение за сменой облачности и умение правильно идентифицировать и распознавать различные виды облаков, дает возможность предвидеть заранее изменение характера погоды, что имеет огромное значение в жизнедеятельности человека.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ

Андреев А. О., Дукальская М. В., Головина Е. Г. Облака: происхождение, классификация, распознавание. — СПб: РГГМУ, 2007. — 228 с.

Беспалов Д. П., Девяткин А. М. и др. Атлас облаков. — СПб: Д’АРТ, 2011. — 248 с.

Боровиков А. М., Гайворонский И.И. и др. Физика облаков — Ленинград: Гидрометеорологическое издательство, 1961. — 248 с.

Горкина А.П. География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М., 2006

Дюбюка А.Ф. Международный атлас облаков и состояний неба — Москва: Гидрометеорологическое издательство, 1940. — 456 с.

Малявин В. Символизм облаков в Китае // Книга прозрений / Сост. В. В. Малявин. — М.: Наталис, 1997, С. 334—339.

Хргиана А.Х. и Новожилова Н.И. Атлас облаков — Ленинград: Гидрометеоиздат, 1978. — 268 с.

Приложение №1

«Путеводитель по миру облаков»

Приложение №2

Дневник наблюдений. Виды облаков в г.о.Клин. Июнь 2020г.

Приложение №3

Дневник наблюдений. Виды облаков в г.о.Клин. Июль 2020г.

Приложение №4

Диаграмма видов облаков в г.о. Клин за июнь и июль 2020г.

Приложение №5

Диаграмма значений количества осадков, выпавших за два летних месяца в г.о. Клин по сравнению с данными идентичного периода предыдущих лет.

Приложение №6

Практическое применение «Путеводителя по миру облаков» на внеурочной деятельности по безопасному туризму