XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Откуда берётся погода?
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Данная тема довольно актуальна, так как погода оказывает большое влияние на жизнь каждого человека.
Каждое утро, собираясь в школу или на работу, я и мои родители узнаём прогноз погоды на день, чтобы понять, что надеть, пойдем ли мы на запланированную прогулку, будут ли занятия по лыжам в школе и прочее.
Но что такое погода? Почему идёт снег или дует ветер? Мне очень интересны данные вопросы, и я решила выяснить, какие факторы влияют на формирование погоды?
Цель исследования: изучить, отчего зависит погода, как её измерить.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Изучить теоретический материал по теме «Погода»;
-
Проанализировать, какие методы предсказания погоды используются и
рассмотреть приборы, используемые в метеорологии.
-
ЧТО ТАКОЕ ПОГОДА?
Ежедневно мы обращаем внимание на то, что происходит за окном. Бывают дни, когда непрерывно идёт дождь или снег, а бывает, что постоянно светит солнце. Такие дни отличаются погодой.
Погода – это сочетание температуры воздуха, облачности, осадков и ветра в определенное время в конкретном месте.
Откуда берётся температура воздуха? Солнце нагревает поверхность земли, а земля передает тепло воздуху. Летом день длинный и Солнце яркое, поэтому воздух хорошо прогревается, и на улице тепло. Зимой Солнце не такое яркое, а день короткий – поэтому воздух не успевает агреться и остаётся холодным.
Вторая составляющая погоды – облачность. Если на небе нет облаков, или их совсем мало, и светит Солнце, то, говорят, что сегодня «ясно». Если облаков много, и они часто закрывают Солнце, говорят «переменная облачность». Если всё небо в серых тучах, и Солнца не видно совсем, это называется «пасмурно». Чтобы определить облачность достаточно взглянуть на небо. Но из чего состоят облака?
Теплый воздух, поднимаясь, смешивается с холодным и остывает. Когда температура воздуха достигает, так называемой, точки росы (температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, насыщается влагой на 100% и начинает конденсироваться), водяной пар превращается в капельку воды или кристаллик льда – облачный элемент. На небе появляются облака (см. рис. 1).
Капли воды и кристаллы льда в облаках, как крошечные зеркальца, отражают свет и блестят в лучах солнца. Чем меньше размер облачных элементов, тем белее облако. Когда облаков много, количество капель и кристаллов становится больше, а облака густеют, как каша. Облачные элементы начинают отбрасывать тени друг на друга, поэтому облака становятся тёмными. Если капли и кристаллы ещё подрастут, солнечные лучи не смогут пройти через них. И тогда облака превратятся в тёмные, иногда – чёрные тучи.
Облака разделяют на кучевые (похожи на кучи пушистых комков), перистые (похожи на перья) и слоистые (располагаются в небе слоями).
Рис. 1. Как образуются облака – схема.
Осадки – это вода, которая выпала на поверхность Земли: дождь, роса, иней, снег, град, дождь со снегом, морось. Чтобы измерить количество осадков используют специальный прибор – осадкомер.
Четвёртый элемент погоды – ветер. Ветер – это поток воздуха у поверхности земли. Ветра может совсем не быть – это называется «штиль». Или ветер может разогнаться до такой силы, что будет уносить дома, машины и вырывать деревья с корнями – это называется «ураган». Сила ветра зависит от его скорости.
-
КАК ИЗМЕРИТЬ ПОГОДУ?
Для наблюдений за погодой существуют метеорологические станции. На открытой площадке размещают измерительные приборы в специальной метеорологической будке (на высоте 2 м.). Будка окрашена в белый цвет для меньшего нагрева и имеет жалюзи для свободного доступа к приборам. На метеостанции используют одинаковые приборы (см. Таблицу 1). Измерения проводят каждые 3 часа.
Таблица 1. Метеорологические приборы
|
Элемент погоды |
Единица измерения |
Прибор для измерения |
|
Температура воздуха |
°C (градус Цельсия) |
Термометр |
|
Атмосферное давление |
миллиметр ртутного столба |
Барометр |
|
Атмосферные осадки |
миллиметр |
Осадкомер |
|
Влажность |
% (процент) |
Гигрометр |
|
Направление ветра |
- |
Флюгер |
|
Скорость ветра |
метр в секунду |
Анемометр |
Термометр – один изважнейших приборов в метеорологии, он служит для измерения температуры воздуха. Существуют стеклянные жидкостные термометры, а также более современные: инфракрасные и цифровые.
Термометры для измерения температуры воздуха или воды чаще всего состоят из стеклянной колбы, заполненной спиртом или ртутью, и вертикальной шкалы с делениями. При нагревании жидкость в колбе расширяется, а при охлаждении — сжимается. Поэтому уровень жидкости в колбе то повышается, то понижается. При снижении температуры высота столбика термометра уменьшается, а при повышении — увеличивается. Деление на шкале, возле которого остановился столбик термометра, указывает на температуру окружающей среды.
Психрометрическая будка содержит 2 термометра: сухой и смоченный. Узнав разницу показаний сухого и влажного термометров, метеорологи рассчитывают показатель влажности воздуха. Затем сверяют эти данные с показателями другого прибора для измерения влажности – гигрометры.
Гигрометр – прибор для измерения влажности, в котором в качестве датчика используется обычный человеческий волос. При высокой влажности волос становится короче, а при низкой – длиннее. Но в настоящее время, используют не только механические гигрометры, но и электронные и цифровые.
Осадкомер используется для сбора осадков. Это стакан или ведёрко с метками. Метки показывают, сколько выпало осадков в миллиметрах. Осадкомер можно легко «изготовить» в домашних условиях: необходимо взять ёмкость с широким дном (например, тазик или ведро) и выставить его на улицу. Затем с помощью обычной линейки измеряем количество выпавших осадков. Ведро с нападавшим снегом необходимо забрать в тёплое помещение, и, когда снег растает, также измерить линейкой. Количество выпавшего снега можно также измерить снегомером. Кроме того, для точного измерения различных видов осадков – дождя, снега, града – применяют лазерные датчики.
Анемометр используется для определения скорости ветра, а флюгер для определения направления ветра.
В горных и полярных районах вести наблюдение очень сложно, поэтому используют радиолокаторы, которые в автоматическом режиме отслеживают метеорологическую обстановку в радиусе 300 км и каждые 10 минут передают информацию в центр обработки данных. С помощью локатора определяют водность облаков, их потенциал на предмет гроз и количества осадков, направления и скорости движения тайфунов и циклонов.
Изучение атмосферных процессов в океане ведётся при помощи специальных радиобуев – специальные буи с датчиками. Они автоматически передают данные обо всех метеорологических элементах по радио или с помощью спутниковой связи. Всего на планете метеорологам помогают собирать информацию несколько сотен заякоренных, то есть неподвижных, буев и более тысячи дрейфующих (подвижных).
Наблюдение за атмосферой до высоты 40 км проводят при помощи метеозондов – наполненных гелием одноразовых воздушных шаров, к которым прикреплен контейнер с датчиками (радиозонд). Ежедневно в мире из разных мест одновременно запускают около тысячи таких «шариков».
Для изучения более высоких слоёв атмосферы используют искусственные метеоспутники. Метеоспутник – это вращающийся вокруг Земли космический аппарат, созданный человеком для получения данных об облачности и температуре поверхности планеты, влажности и ветре, состоянии ледового и снегового покрова. Получить данных с метеоспутников можно, например, через онлайн-сервисы (Гидрометцентр России, Meteored, NASA Earthdata) (см. Приложение 1).
-
ПОЧЕМУ ДУЕТ ВЕТЕР?
Давно замечено, что при одной и той же температуре воздуха мороз или жара ощущаются по-разному. В ясный безветренный день при температуре минус 15 градусов дети могут часами кататься на горке или на коньках. А если дует сильный ветер, при той же температуре, холодно даже просто пройтись по улице несколько минут. А ощущаемая температура отличается от той, что показывает термометр. При скорости ветра 5-10 метров в секунду на улице холодно, как при минус 21 градусе.
Но откуда берется ветер? Как мы помним, ветер – это движение воздуха. Столб воздуха от поверхности Земли до верхних слоев атмосферы (воздушная оболочка Земли) создает атмосферное давление – силу, с которой воздух давит на поверхность Земли. Ветер дует из-за разности давлений в разных областях атмосферы. А разница в давлении, в свою очередь, возникает из-за разницы температур.
Когда Солнце греет Землю, одни места нагреваются быстрее, другие – медленнее: например, снег отражает почти весь свет и поэтому почти не нагревается. А тёмные камни нагреваются очень быстро. Скалы отражают больше света, чем песок, поэтому летом бывает невыносимо горячо ходить по пляжу босиком. Поверхность земли нагревает воздух, который находится над ней. Когда воздух становится тёплым, он поднимается: как дым от костра или пар от чайника. Но, когда тёплый воздух улетел, внизу словно возникает пустота, которую надо заполнить новой порцией воздуха: и так на место теплого воздуха приходит холодный от соседней, более холодной, части поверхности Земли. Так появляется ветер. С собой ветер приносит тёплый или холодный воздух, влагу и облака.
-
КАК ПРЕДСКАЗЫВАТЬ ПОГОДУ?
Древним охотникам, рыбакам, земледельцам, воинам, пастухам очень важно было знать, какая будет погода хотя бы в ближайшее время. За помощью они обращались к Богам. А также наблюдали за природой, растениями и животными. Результаты наблюдений многих поколений складывались в народные приметы и передавались от отца к сыну. Не слышно кваканья лягушек – к дождю. Ласточки низко летают – к дождю. Воробьи в пыли купаются – к дождю. Если кот клубком свернулся – похолодает. Красный закат – к морозу.
Часть примет со временем получили научное объяснение. Например, перед осадками влажность воздуха растёт, у мелких насекомых увлажняются крылья, поэтому они летают низко над землёй. Ласточкам и другим насекомоядным птицам тоже приходится снизить высоту полёта, чтобы поймать добычу.
Некоторые приметы вовсе не имеют научного подтверждения. Например, жаркое лето не всегда предвещает морозную зиму.
Другие наблюдения верны только на той территории, где жили наблюдатели. На небольших пространствах из-за особенностей местности может возникать уникальный для территории микроклимат. Например, погода в центре города и на его окраинах может отличаться.
Часть примет становятся неактуальными в связи с изменением климата: по наблюдениям учёных, больше 100 лет на Земле постепенно повышается средняя температура воздуха. Например, в сказке Маршака «Двенадцать месяцев» только волшебство могло вызвать появление полянки с зелёной травой и подснежниками в декабре, под Новый год. Потому как во время написания сказки (более 80 лет назад) зимы в центральной части России были холодными и снежными. А в январе 2025 года в Москве дождь смыл весь выпавший снег, на деревьях появились почки, и запели птицы.
Сегодня погоду предсказывают с помощью специальной науки об атмосферных явлениях – метеорологии. Во всех уголках Земли находятся метеостанции со множеством приборов. В космосе летают метеорологические спутники. По морю ходят метеорологические корабли. А в небе летают метеорологические самолёты и аэростаты. Все они постоянно собирают данные, как за сутки изменялась температура воздуха и воды, направление ветра, какие были облака в течение дня. Затем учёные анализируют все эти данные при помощи компьютеров. И только потом, на базе математической модели составляют прогноз. Это называется научное предсказание погоды.
К тому же есть специальные приложения, которые учитывают не только обычные метеорологические данные, но и сообщения от тех, кто пользуется приложением. Отвечая на вопросы в приложении, каждый из нас помогает метеорологам уточнять прогноз погоды.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, мы узнали, что погоду формируют такие явления как: температура воздуха, ветер, облачность и осадки. На сегодняшний день существует большое количество приборов для ведения метеонаблюдений, в том числе специальные спутники, корабли, самолёты. Все они помогают собирать данные об атмосферных явлениях для того, чтобы предсказывать погоду.
Прогноз погоды помогает планировать повседневные дела, выбирать подходящую одежду, а также предупреждает об опасных явлениях (ураганы, штормы, наводнения, заморозки и пр.). Прогнозы погоды также являются основой для исследований климата и изменений погоды, играя важную роль в обеспечении безопасности и повышении качества жизни.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
-
Антонец В. Простые вопросы. Книга, похожая на энциклопедию / Антонец В. – М.: МИФ, 2004. – 304 с.
-
Волцит П. М. Как меняется погода. Почемучке обо всем на свете / Волцит П. М.– М.: АСТ, 2016 – 64 с.
-
Попова Т. А. Что такое погода. Детская энциклопедия /Попова Т.А.– М.: МИФ, 2025. – 80 с.
-
https://xn--80aa3ak5a.xn--p1ai/initiatives/nauchnye-detskie-ploshchadki/inzhenernye-nauki/pochemu-duet-veter/
-
https://www.pogoda.com/satellites/
Приложение 1. Данные с метеоспутника о погоде в аэропорту Шереметьево, полученные 16.02.2026 в 1:24.