В каком состоянии находится воздух высоко над землей: В каком состоянии находится воздух высоко над… — Дневничок

Содержание

Плешаков. 3 класс. Учебник №1, с. 55 – 58

Превращения и круговорот воды

Ответы к стр. 55 — 58

1. В каких трёх состояниях вода находится в природе?

В твёрдом, жидком, газообразном.

2. При каком условии образуется лёд? Отчего он тает?

При температуре 0°С вода превращается в лёд. Это происходит и в реке, и в озере, и в луже. Крошечные льдинки образуются и высоко в облаках. Там они увеличиваются, превращаются в снежинки и падают на землю. Так образуется снег.  Лёд и снег — это вода в твёрдом состоянии.

Вода – такое уникальное вещество, которое может переходить из одного состояния в другое при незначительных изменениях окружающих условий. Превращения воды происходят при изменении температуры воды.

При переходах из одного состояния в другое могут происходить различные процессы:
испарение – вода из жидкого состояния постепенно переходит в воздух в виде пара;
конденсация – водяной пар переходит в жидкое или твёрдое состояние;

замерзание – жидкая вода превращается в снег, лёд;
индевение – образование инея – переход газообразной воды в твёрдое состояние;
возгонка – переход твёрдой воды в газообразную.

3. Как образуется пар? При каком условии пар превращается в жидкую воду?

Мы протёрли мокрой тряпкой классную доску. Прошло несколько минут, и доска стала сухой. Вода с неё испарилась, то есть превратилась в пар — прозрачный, бесцветный газ. Водяной пар — это вода в газообразном состоянии. В природе вода постоянно испаряется с поверхности морей, рек, озёр, почвы. Поэтому в воздухе всегда содержится невидимый водяной пар.

4. Как происходит круговорот воды в природе? Какими способами мы его моделировали?

Вода на Земле постоянно меняет своё состояние. Этот процесс называется круговоротом воды в природе. Вода находится в природе в трёх состояниях: жидком, твёрдом и газообразном. Вода постоянно совершает круговорот: испаряется с поверхности земли, образует облака, в виде дождя и снега возвращается на землю.

Круговорот воды происходит и в природе. Солнечные лучи нагревают поверхность нашей планеты и испаряют при этом огромное количество влаги.

Водяные пары поднимаются в воздух с поверхностей морей, океанов, озёр, рек, из почвы. Воду испаряют все растения. Эти пары выдыхают животные. Вода превращается в пар в любое время года, даже зимой в большой мороз. В воздухе образуются мельчайшие капельки или кристаллики льда – они образуют знакомые всем облака. Воздушные течения разносят пары воды и облака над землей. Накопившаяся в них влага выпадает в виде дождя или снега. Судьба выпавших с неба капель различна. Одни из них попадают в ручьи или реки, озёра или сразу в море и оттуда со временем снова испаряются в воздух. Это явление называется круговоротом воды в природе.

Ответы по окружающему миру. Учебник. 3 класс. Часть 1. Плешаков А. А.

Окружающий мир. 3 класс

Плешаков. 3 класс. Учебник №1, с. 55 – 58

4.3 (86.67%) от 3 голосующих

Ответы астрономов на вопросы | Большой новосибирский планетарий

Вопрос: Добрый день, мне интересно знать допускает ли ученое общество возможность того, что открыты не все соединения и элементы и что звезды и планеты в других галактиках могут состоять из абсолютно неизвестных нам элементов.

А так же что скорость и направление удаления звезд друг от друга не хаотичны, а определяются силой гравитации, как например солнце вокруг солнца, затем галактики вокруг галактик с большей массой и так до уровня вселенных? Извините за глупый вопрос, но действительно интересно узнать.

Ответ: Ксения, с ответом на Ваш вопрос нам помог доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН Дмитрий Зигфридович Вибе: 1. Допускает ли ученое общество возможность того, что открыты не все соединения и элементы и что звезды и планеты в других галактиках могут состоять из абсолютно неизвестных нам элементов. «Давайте разделим вопрос на два. Сначала об элементах. Как известно, химические элементы отличаются друг от друга количеством протонов в ядре (оно ещё называется атомным номером). Поскольку количество протонов не может быть слишком большим, число элементов ограничено. Сейчас нам известны элементы с количеством протонов в ядре до 118; новые, пока не известные нам элементы могут иметь лишь большее количество протонов.

Далее, нужно учитывать, что у элементов тяжелее урана нет долгоживущих изотопов. Это означает, что существование каких-либо объектов из (пока) неизвестных науке элементов невозможно. Даже если ядра таких элементов и возникают в результате каких-то процессов (например, в земных лабораториях), они распадаются быстрее, чем из них может сформироваться какое-либо тело. Теперь о соединениях. Соединения элементов, то есть различные химические вещества нам, безусловно, известны не все. Ежегодно астрономы открывают в космосе по несколько новых молекул. Чаще это вещества, известные нам по земной химии, но иногда встречаются и молекулы, которые на Земле не синтезировались. Однако они всегда состоят из известных нам химических элементов. Могут ли звёзды и планеты в других галактиках состоять не из химических элементов, не из протонов и нейтронов, а вообще из какого-то совершенно нам не известного вида вещества? Вряд ли. Наши наблюдения проникли сейчас на колоссальные расстояния от Земли, и везде в звёздах и планетах мы видим признаки наличия только тех веществ и химических элементов, которые известны нам по нашей планете и её ближайшим космическим окрестностям.
« 2. А так же что скорость и направление удаления звезд друг от друга не хаотичны, а определяются силой гравитации, как например солнце вокруг солнца, затем галактики вокруг галактик с большей массой и так до уровня вселенных? «В Солнечной системе нам привычно видеть именно систематическое вращение тел друг вокруг друга под действием силы гравитации. Однако эта сила способна приводить и к более хаотическому движению. Так движутся, например, звёзды в звёздных скоплениях. Да и Солнечная система не свободна от хаоса, что выражается, например, во временами очень быстрой эволюции орбит астероидов и комет. Поэтому ничего удивительного в хаотическом движении нет. В любом случае, если бы во Вселенной присутствовала описанная в вопросе иерархия вращения, мы бы её, конечно, увидели.»

Иссыхающее Мертвое море: низшая точка Земли становится все ниже

  • Кевин Коннолли
  • Корреспондент Би-би-си на Ближнем Востоке

Автор фото, ThinkStock

Подпись к фото,

Каждый год уровень воды в Мертвом море падает на метр

Мертвое море — соленое озеро, расположенное в низшей точке Земли, — постепенно высыхает под палящим ближневосточным солнцем. Для живущих на его берегах это медленно протекающий кризис: найти дополнительные запасы воды для поддержания моря невероятно сложно.

Пожалуй, единственный факт о Мертвом море, известный абсолютно всем, — в нем нельзя утонуть.

Оно в восемь или девять раз более соленое, чем мировые океаны, настолько плотное и насыщенное минералами, что даже не похоже на нормальную воду — скорее на оливковое масло, смешанное с песком.

Десятилетиями ни один отдых в Святой земле или Иордании не обходился без фотографии купальщика в полулежащем положении прямо на поверхности, обычно читающего газету — для наглядности.

Автор фото, ThinkStock

Подпись к фото,

Почти каждый, побывавший на Мертвом море, привозит оттуда подобную фотографию

Однако Мертвое море — это еще и уникальная экосистема и чувствительный барометр состояния окружающей среды в этой части мира, где засушливый климат и необходимость орошать фермы приводят к постоянной нехватке воды.

Возможно, вы читали о том, что Мертвое море умирает. Нетрудно догадаться, почему эта формулировка так привлекает авторов заголовков, однако на самом деле это не совсем так.

По мере того как уровень воды снижается, ее плотность и процентное содержание соли возрастают — и рано или поздно наступит момент, когда масштабы испарения будут совпадать с объемом поступающей воды. Поэтому оно действительно может сильно уменьшиться, но полностью не исчезнет.

И все же море иссыхает тревожными темпами — его уровень падает более чем на метр за год.

Если вспомнить, что поверхность Мертвого моря — низшая точка на планете (сейчас это 420 метров ниже уровня моря), значит, ежегодно меняется и отметка низшей точки.

Оно находится настолько низко, что, когда едешь вдоль дороги, спускающейся к берегу, начинает закладывать уши — как при посадке самолета.

Пейзажи Мертвого моря невероятно, почти по-лунному красивы: представьте себе Большой каньон с озером Комо в его глубине. Люди древнего мира понимали, что в этом месте есть нечто особенное, даже если они не были точно уверены в том, что именно.

По легенде, вещества из этого района — часть секрета красоты Клеопатры, наравне с молоком ослицы и экстрактом миндаля, хотя на самом деле подобных сказок по всему Ближнему Востоку пруд пруди.

Возможно, что сюда наведывался поправить здоровье и царь Ирод, зимний дворец которого располагался неподалеку. Хотя его подпорченная историческая репутация, конечно, несколько обесценивает его как «звездного посетителя» этих мест.

Что-то мы знаем точно: например, римляне во времена господства на Ближнем Востоке установили жесткий контроль над дорогами вокруг Мертвого моря, обладающего огромными запасами соли — товара столь ценного, что он использовался в качестве платежного средствами.

Да и польза для здоровья, судя по всему, действительно есть. Высокое атмосферное давление может создавать условия, благоприятные для астматиков: я сам страдаю от астмы и почувствовал некоторую разницу.

А комбинация обогащенной минералами воды, смягчающей грязи и яркого солнца приносит облегчение людям с псориазом — тяжелой кожной болезнью. В некоторых странах работающие в сфере здравоохранения организации посылают сюда страдающих этим заболеванием людей в бесплатные терапевтические туры.

Так что, хоть Мертвое море иссыхает и меняется, от него все же есть экономическая польза. Туристы могут отдыхать на курортах как Иордании, так и Израиля, и обе страны экспортируют произведенную здесь косметику.

Автор фото, EPA

Подпись к фото,

Уникальные свойства воды, а также глины Мертвого моря используются в оздоровительных целях

Часть береговой линии проходит по палестинскому Западному берегу реки Иордан, оккупированному Израилем, так что, возможно, в будущем палестинцы также смогут пожинать экономические плоды уникальных свойств этого моря.

Но нет сомнений в том, что масштабы падения уровня воды поражают.

Во время Первой мировой войны британские инженеры нацарапали на скале свои инициалы, чтобы отметить уровень воды. Век спустя эти царапины — высоко на высушенной скале.

Чтобы достичь оттуда моря, сейчас вам нужно спуститься вниз по скалам, пересечь оживленную магистраль, продраться через заросли болотных растений и перебраться через илистую отмель. В общей сложности два километра.

В нескольких километрах отсюда, в туристическом комплексе в Эйн-Геди, отступление воды создало огромную проблему.

Когда в конце 1980-х годов тут строили главное здание — с рестораном, душевыми и сувенирным магазином, — волны ударялись о его стены.

Сейчас заведению пришлось организовать специальный «поезд»: трактор тянет за собой вагончики до самого пляжа, еще около 2 км.

Нир Вангер, отвечающий за финансовые вопросы туристического комплекса, говорит, что уровень моря меняется пугающими темпами.

«Когда мне было 18, море было вот здесь. Речь не идет об отрезке времени в 500 или 1000 лет, — говорит он. — Мертвое море было здесь, а сейчас оно в 2 километрах. Трактор, бензин, персонал — все это обходится нам в 500 тысяч долларов в год — и все для того, чтобы догнать море».

«Я здесь вырос, на Мертвом море, здесь вся моя жизнь. И, к сожалению, последние несколько лет это не очень веселая жизнь — грустно видеть, как твой родной пейзаж исчезает, и понимать, что детям и внукам останется совсем не то, что было у тебя в детстве», — добавляет Вангер.

«Когда мы строили новый дом, жена спросила меня, хочу ли я вид на море, и я сказал, что нам нужно построить его с видом на горы, потому что они стоят на месте, а море постоянно отдаляется», — рассказывает он.

Нетрудно понять мистику Мертвого моря — с его уникальным химическим составом, сложным микроклиматом и взмывающими ввысь горами верблюжьего цвета — пейзаж, который и сейчас узнают даже Ирод и Клеопатра, с поправкой на странноватого вида многоэтажный бетонный отель.

Однако для геолога это лишь бессточное озеро, куда впадает река Иордан. Она впадает в озеро на севере, но дальше никуда не течет, просто испаряясь с его поверхности.

И хотя говорить о том, что Мертвое море умирает, — преувеличение, эта формулировка довольно точно описывает то, что происходит с рекой, которая его подпитывает.

Во время короткого сезонного дождей действительно бывают подтопления, когда вода начинает струиться по вади, пересохшим руслам рек. Но большую часть года они сухи, а сама река едва ли полноводнее ручейка.

В Израиле и на оккупированном Западном берегу есть места, где в сезон засухи через нее почти можно перешагнуть.

Когда-то Иордан был одним из великих водных путей древнего мира — в ней был крещен Иисус Христос, и даже в относительно недавнем прошлом он представлял собой бурную реку, подверженную разливам в дождливые зимы.

В 1847 году правительство США направило военно-морскую экспедицию для исследования Иордана.

Ее возглавлял доблестный офицер по имени Уильям Ф. Линч, заслуживающий упоминания в истории религии хотя бы только потому, что он, возможно, первый человек, установивший, что Мертвое море находится ниже уровня моря.

Описания Линчем своих приключений занятны, даже несмотря на его привычку описывать коренное население региона в манере, задевающей чувства людей XXI века.

Однако наиболее интересно его описание самой реки: в одном месте экспедиция натыкается на серию пятиметровых водопадов, разделенных порогами. Линч даже опасается, что может потерять на них одну или несколько лодок.

«Мы остановились у руин старого моста, сформировавших препятствия, через которые пенящаяся река несется, как горная лавина, — пишет он. — Река была 30 ярдов в ширину (27,5 м).

Еще 80 лет назад и даже позже в Иордане все еще было достаточно воды, чтобы позволить приехавшему из России инженеру Петру Рутенбергу построить в долине реки гидроэлектростанцию — ее заброшенные постройки все еще выделяются на фоне этого засушливого ландшафта.

Подпись к фото,

В 30-х годах прошлого века воды в Иордане было достаточно для работы гидроэлектростанции, сеегодня от ГЭС Нагараим остались руины

Сегодня все совершенно иначе.

География региона, конечно, не изменилась. Северный участок реки впадает в Галилейское море, откуда южный участок течет к Мертвому морю.

Однако объемы воды, циркулирующей в этой системе, поразительно изменились за последние десятилетия — из-за сложной государственной политики в отношении воды на Ближнем Востоке.

Израильтяне построили плотину через южную часть Галилейского моря, которая дает стране контроль над объемами воды, поступающими в Иордан.

Израиль считает Галилейское море стратегически важным водным ресурсом, несмотря на то что производство пресной воды на опреснительных установках в Средиземном море также увеличивается.

Израильское правительство начало забор воды из долины Иордана в пятидесятых годах прошлого века — за 10 лет до того, как было завершено строительство дамбы.

Это создает проблемы для фермеров — как в Иордании, так и на палестинских территориях на Западном берегу, поскольку всем им нужна вода для орошения хозяйств и повседневных нужд.

Однако и у Израиля есть проблемы, несмотря на то что у него достаточно средств и энергетических ресурсов для обеспечения своего населения водой.

В реку Иордан вода поступает из реки Ярмук, которая течет по территории Сирии. За последние три десятилетия сирийцы построили на Ярмуке, которая когда-то питала Иордан, свыше 40 плотин.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Уровень воды в Мертвом море начал снижаться еще быстрее с тех пор как на Иордане начали строительство плотин

Кое-кто в Иордании полагает, что Сирия построила некоторые из этих дамб, чтобы наказать Израиль и Иорданию за подписанный в 1994 году мирный договор.

Аналогичный договор в 1979 году был заключен ранее между Израилем и Египтом и вызвал крайне отрицательную реакцию арабских стран, в том числе и Сирии.

Остальные готовы согласиться с тем, что сирийцы строили дамбы, поскольку им была нужна вода. Так или иначе, результат один: некогда могучая река получает все меньше воды.

Разумеется, Иорданское Королевство также строило плотины для своих собственных нужд.

Если взглянуть шире, то долина реки Иордан – далеко не единственное место на Ближнем Востоке, где строительство дамбы вызвало серьезные споры.

Когда Турция в 1990-х годах построила на Евфрате плотину Ататюрка, Ирак и Сирия пожаловались на то, что в результате поступление воды на их территорию сократилось.

Существуют и другие факторы, влияющие на уровень воды в Мертвом море: и Израиль, и Иордания используют огромные испарительные бассейны для получения из воды фосфатов, которые затем экспортируются в качестве удобрений.

Этот процесс ведет к сокращению объема воды в реке Иордан, что, в свою очередь, является одной из главных причин кризиса Мертвого моря.

На иорданском берегу проживает небольшая община: несколько семей, выращивающих помидоры, бананы и арбузы на полях, которые орошаются грунтовыми водами, поступающими с окрестных гор.

Салим аль-Хувемель – один из этих фермеров. Подобно Ниру Вангеру из Эйн-Геди, он чувствует тесную связь с этими местами.

«Мы никогда отсюда не уедем, — говорит мне Салим, пока молодые мужчины из деревни прохладным вечером занимаются сбором дынь. — Даже если бы была опасность того, что Мертвое море поднимется и смоет нас в карстовую воронку, мы бы все равно всегда остались здесь».

Карстовые воронки – общий враг сельских жителей и малого бизнеса как на иорданском, так и на израильском побережье Мертвого моря.

Они формируются, когда на месте отступающей воды остаются подземные соляные залежи, которые затем обрушиваются в огромные расселины либо вымываются подземными водами.

Некоторые из кратеров просто гигантские – примерно 100 м в диаметре и 50 м глубиной.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Некоторые карстовые воронки достигают 100 м в диаметре и 50 м в глубину

Местность, испещренная воронками, выглядит так, словно здесь в течение нескольких десятилетий происходили мощные землетрясения.

Иорданские фермеры показали мне место, где когда-то стояла старая соляная фабрика, которая в один момент обрушилась под землю.

На участке побережья, относящемся к палестинской территории, был закрыт курорт, поскольку часть его поглотила еще одна карстовая воронка.

В Израиле пришлось закрыть бензозаправку: дорога на подъезде к ней начала покрываться трещинами, образовались провалы.

Всего у берегов Мертвого моря сейчас насчитывается свыше 5500 таких воронок, в то время как еще 40 лет назад не было ни одной.

Здесь можно стать свидетелем геологических процессов, которые происходят в реальном времени. Замечательное место для ученого, считает доктор Гиди Баер из Геологической службы Израиля.

По словам доктора Баера, предсказывать места образования карстовых воронок у ученых получается все лучше и лучше.

Это важно, если вспомнить, что неподалеку от Мертвого моря проходит несколько трасс с интенсивным движением. Однако проблема усугубляется.

Подпись к фото,

Геологические процессы здесь идут в режиме реального времени

«В этом году, например, образовалось около 700 воронок, в предыдущие годы это число было меньше. В девяностые речь шла о нескольких десятках, а теперь это сотни», — говорит Баер.

Диагностика того, что происходит с Мертвым морем, не так сложна – в конце концов, мы знаем, что уровень воды уменьшается уже по меньшей мере сто лет – с тех пор как британские инженеры оставили свои имена на скале.

Однако ответить на вопрос о том, что следует делать, намного сложнее. Это серьезный научный и политический вопрос. Геологи допускают, что в далеком прошлом уровень воды мог быть и выше нынешнего, и ниже.

Вопрос заключается в том, какова стоимость и каковы преимущества любой попытки «спасти» Мертвое море. И что это будет – попытка замедлить снижение уровня моря или же более амбициозная задача, заключающаяся в повышении уровня моря.

«Мы должны спросить себя, что мы пытаемся сохранить здесь», — говорит доктор Иттай Гавриели, сотрудник Геологической службы Израиля.

«Пытаемся ли мы повысить уровень моря? Для того чтобы сохранить уникальную среду Мертвого моря? И для чего – для развития туризма? Если мы хотим восстановить течение Иордана, тогда Израилю, например, придется опреснять больше воды, а для этого потребуются дополнительные средства, к тому же подобные изменения повлекут за собой серьезные изменения в окружающей среде», — считает доктор Гавриели.

И если поток Иордана будет восстановлен, вряд ли стоит ждать от отчаянно нуждающихся в воде палестинских и иорданских фермеров на обоих берегах реки, что они будут сидеть сложа руки, наблюдая, как река течет мимо в интересах науки.

Однако делать все-таки что-то надо.

Салем Абдель Рахман, активист ближневосточного экологического движения EcoPeace из Иордана говорит: «Мы говорим о спасении Мертвого моря не потому что это хорошо или плохо, а потому что то, что происходит с Мертвым морем сегодня – симптом неправильного управления водными ресурсами. Спасение Мертвого моря будет знаком того, что мы излечиваемся от этой болезни и двигаемся к более здоровой окружающей среде».

Если течение Иордана окажется невозможным возобновить, то наиболее вероятным способом изменения нынешней ситуации станет постройка трубопровода, который будет доставлять воду через пустыню из Красного моря, расположенного далеко на юге региона.

Подобные идеи витают в воздухе давно. Британские инженеры когда-то предполагали построить канал, соединяющий Средиземное море с Красным через Мертвое.

Такой канал мог бы стать альтернативой Суэцкому, находившемуся под контролем Великобритании. Однако из-за того, что уровень Мертвого моря ниже уровня моря, осуществить этот проект оказалось невозможным.

Даже при современном развитии инженерной науки, осуществление этого проекта было бы сопряжено с огромными техническими трудностями.

Согласно этому плану, воду из Красного моря нужно сначала опреснить (соленая вода загрязнит уникальный химический состав Мертвого моря). Затем ее необходимо поднять на большую высоту и направить в огромные трубы, которые уже будут доставлять ее через пустыню к месту назначения.

Дополнительные запасы пресной воды нужны не только Иордану и Израилю, но и палестинцам, поэтому Всемирный банк поддержал эту идею, а США, скорее всего, обеспечили бы проект как минимум стартовым капиталом.

Однако осуществлению этого проекта препятствуют разного рода технические, финансовые и политические трудности, и вряд ли он будет осуществлен в сколько-нибудь ближайшем будущем, если ему вообще суждено сбыться.

Не исключено, что страны Ближнего Востока сочтут подобное сотрудничество невозможным – подобного рода соглашения в этой части света очень редки.

В таком случае Мертвое море будет продолжать высыхать с такой же скоростью как сегодня, однако не умрет окончательно.

Изучение солености и плотности говорит о том, что Мертвое море однажды достигнет точки равновесия и пересыхание остановится. Проще говоря, объем воды в этом соленом коктейле и количество испаряющейся влаги достигнут баланса.

Кроме того, у Мертвого моря припасен еще один трюк: да, определенное количество воды испаряется, но море гигроскопично, то есть поглощает воду из окружающей атмосферы. Это своего рода встроенный механизм безопасности.

Вполне возможно, что пляжные лежаки в Иордании и Израиле еще какое-то время придется передвигать ближе к воде, однако, когда некоторый минимальный уровень будет достигнут, этот процесс остановится.

Так что эта история не о том, как Мертвое море умрет, а скорее — вдохновляющая история о том, как природа в регионе, где человек не всегда был осторожен в обращении с природными ресурсами, может найти способ, чтобы защитить себя.

УКРЫТИЕ РАСТЕНИЙ НА ЗИМУ

Теплое лето, когда большую часть времени хотелось проводить в саду, позади, на долгие месяцы к нам пришли холода, снегопады и холодный ветер. В это время нам особенно приятно ощущать тепло домашнего очага. А вот обитатели наших садов погружаются в состояние покоя и терпеливо ждут весны.

Зима является самым серьезным испытанием для растений в нашем суровом климате. Для деревьев и кустарников это гораздо актуальнее, чем для травянистых растений, поскольку их почки находятся высоко над землей, не защищены снежным покровом и поэтому открыты ветрам и морозу. Для того, чтобы весной не испытывать разочарование, видя погибшие или сильно поврежденные растения, необходимо соблюдать несколько правил.

Во-первых, главное – это подобрать морозостойкий ассортимент, растения, которые хорошо переносят условия нашей зимы. Очень важную роль играет и качество посадочного материала. У растений должна быть хорошо развитая корневая система, не поврежденная при выкопке и транспортировке.

Иногда в производстве посадочного материала применяют технологии для более быстрого роста растений, используют избыточные количества удобрений и стимуляторы. Поэтому приобретать посадочный материал нужно только в хорошо известных, солидных питомниках.

К большому огорчению, среди поставщиков и продавцов растений есть недобросовестные люди. Действительно, сейчас в продаже можно в большом количестве обнаружить обреченные на гибель экзоты. Причем на этикетках зачастую стоят нелепые названия, а продавец не может ответить на вопросы покупателей или, что еще хуже, сообщает неверную информацию. Уже много раз нам приходилось выезжать на участки, где хозяева весной обнаруживали вместо купленных на рынке дорогих и очень красивых растений их печальные скелеты.

Во-вторых, надо помочь растениям уйти в состояние покоя. Во второй половине лета молодые побеги перестают расти в длину и начинают покрываться корой, которая и защищает ветви зимой. Ветви, на которых не образовалась кора, не доживут до весны. Это бывает с южными растениями, у которых более длинный вегетационный период и они не успевают пройти его за время нашего северного лета. С конца июля нельзя подкармливать деревья и кустарники удобрениями, содержащими азот, который стимулирует рост. Для подготовки к зиме им нужны калий и фосфор (дозы внесения удобрений следует читать на упаковке).

В-третьих, надо укрыть растения, которые посажены в этом году и должны пройти акклиматизацию. Потом растения адаптируются и укрытие им уже не понадобится. Это относится к деревьям и кустарникам, привезенным из более теплых мест. Некоторые, особенно нежные растения, например, рододендроны, укрывают каждый год. Это, конечно, добавляет хлопот в саду, но цветение этих растений настолько ярко необычно и изысканно, что все затраты труда и времени окупаются той радостью, которую мы получаем, созерцая это цветение.

Укрытие проводят, когда температура воздуха ночью опускается до –15 С. Обычно это бывает в середине ноября. Не стоит делать этого раньше, поскольку растениям нужно получить небольшую закалку, привыкнуть к низким температурам. Ночные заморозки им не страшны, не опасны и небольшие морозы (-5 С). Основной укрывной материал – еловый лапник, пока не придумано ничего лучше. Он помогает накопить снег, который и защищает растение от сильного мороза. В Ботаническом саду МГУ им.М.В.Ломоносова проводили эксперимент: измеряли температуру воздуха под укрытием и вне его. Под укрытием температура не опускалась ниже –5 С, даже если стояли тридцатиградусные морозы. Под таким укрытием не происходит перегревания растений, когда случаются оттепели, и среди зимы стоят плюсовые температуры. Когда на улице было –5 С, под укрытием –3 С, если же температура воздуха опускалась до –32 С, под укрытием не было ниже –5 С. Однако, если нет снегая. Температура под укрытием почти не отличается от температуры вне его.

В таких уютных шалашиках зимой очень любят пошалить мыши. Эти маленькие грызуны едят кору деревьев и кустарников, что иногда, при повреждении коры по кольцу, приводит к гибели растения. Особенно любят мышки плодовые деревья. Приходится помещать под укрытие отраву. Самый удобный способ – это пшеничные зерна, обработанные ядом. Их можно купить в хозяйственных магазинах и садовых центрах. Еще одно мероприятие, препятствующее мышиному беспределу – отаптывание приствольных кругов. Уплотнение снега мешает маленьким зверькам пробраться к стволу и повредить растения.

Укрытие не должно ни в коем случае повреждать и ломать ветви растений. Поэтому раскидистые кусты сначала рекомендуется аккуратно связать бечевкой, затем обмотать мешковиной и лишь после этого укрыть лапником в три слоя. Ломкие растения нельзя связывать, для них готовят специальные каркасы, которые обтягивают мешковиной и закрывают лапником. Для кустов рододендронов это могут быть кубы, а для молодых елочек – пирамидки с тремя или четырьмя гранями.

Большую опасность представляют морозные бесснежные зимы, когда даже хорошее укрытие может не спасти растения от повреждения. Не страшно, если морозы держатся 1-2 дня, плохо, когда они стоят долго. Поэтому те растения, которым требуется укрытие, лучше размещать в защищенных от ветра местах, где накапливается больше снега.

Лапник нужно размещать таким образом, чтобы верхняя сторона еловых веточек, где хвоинки гуще, значит лучше будут накапливать снег, смотрела вверх. Закрепляют лапник также с помощью бечевки.

Ветви и почки приспособлены выдерживать сильные морозы, чего нельзя сказать о корнях. Они очень страдают, во время бесснежных зим, поэтому надо стараться накопить снег на приствольных кругах. В этом может очень помочь тот же еловый лапник.

На открытых стволах деревьев могут образоваться морозобойные трещины. Чтобы этого избежать их покрывают садовой побелкой, обматывают капроновыми лентами или еловыми ветками.

Весной, когда устанавливается температура 0 – +5 С, и начинает таять снег, укрытие снимают. Обычно это происходит во второй половине марта. Не нужно открывать растения сразу, лучше сделать это постепенно, сначала снять лапник, а через несколько дней мешковину.

Для зимнего укрытия растений нельзя использовать лутрасил (спанбонд, агротекс) – легкий нетканый материал белого (или черного) цвета. Этот материал, тем не менее, подходит для защиты растений от весенних заморозков. Его структура такова, что, пропуская тепло внутрь, он не выпускает его обратно. Зимой же растения под таким укрытием страдают от перегрева. К сожалению, случаи гибели растений, укрытых лутрасилом не становятся реже, и очень часто приходится объяснять недоумевающим людям, что их растения не замерзли, а сгорели. Что интересно, гибель хвойных растений можно заметить не сразу. Сначала, когда их освобождают от лутрасила, красавицы-сосны, декоративные елочки, можжевельники и туи выглядят очень свежо и живо, но через пару недель их хвоя начинает жухнуть и потом разом осыпается. Однажды нам пришлось видеть такую печальную картину в поселке на Рублевке, когда все укрытые лутрасилом вечнозеленые растения погибли, а если и остались живы, то безвозвратно потеряли свою форму и привлекательность.

В-четвертых, опасность грозит растениям и тогда, когда зима уже заканчивается, и морозы остались позади, когда солнце становится ярче. В первую очередь это касается хвойных, которые во второй половине зимы страдают от солнечных ожогов. Яркий свет усиливается отражением от снега и повреждает хвою. Защитить растения от солнца можно с помощью мешковины, в которую просто заворачивается крона. Снять это укрытие можно, когда сойдет весь снег. Через несколько лет растения адаптируются, и укрывать их не потребуется.

Нельзя не сказать и о том, как зимует газон, ведь это тоже растения. Газонные травы так же нельзя подкармливать азотными удобрениями, начиная с августа. С этого времени можно давать только калий и фосфор, элементы, помогающие растениям подготовиться к зиме. Не стоит стричь газон до наступления зимы, пусть под снег уйдет трава длиной 8-10 см. Так же, как и для древесных растений, для газона лучшая защита от мороза – это мягкое одеяло из снега. В редких случаях, когда бывают сильные оттепели, и сходит снег, на поверхности газона может образоваться ледяная корка, которую обязательно нужно разбивать, потому что она не дает травам дышать. И конечно, недопустимо устраивать на лужайке ледовый каток.

Зима вовсе не унылая пора в саду, она тоже имеет свои особенные прелести, ведь природа красива в любое время года. Когда еще, если не зимой, можно по достоинству оценить стройность и величественность крон деревьев, не скрытых листвой. Так и хочется взять бумагу, черную краску и запечатлеть живописную графику ветвей. Есть растения, которые радуют нас зимой необычно окрашенной корой, яркими плодами, которые долго сохраняются на ветвях и приглашают в наши сады птиц и белок. Чтобы это веселые гости посещали вас чаще, разместите в саду кормушки и не забывайте добавлять в них зерна, семечки и орешки.

Наши люди любят все делать сами: строить дом, обустраивать интерьер, планировать сад, устраивать газон, покупать и сажать растения. Но мы очень рекомендуем всем хотя бы для подбора ассортимента растений приглашать специалистов. И обязательно получите у них консультацию по поводу посадки и ухода за этими растениями. Это поможет вам избежать риска купить незимостойкое растение, допустить ошибки при его посадке, обеспечит гарантию приживаемости деревьев и кустарников, и вы будете получать от своего сада только радость и удовольствие и никогда разочарование и досаду.

Незимостойкие растения, которые можно встретить

в садовых центрах Москвы и Московской области.

Бересклет Форчуна – Euonymus fortunei

Бирючина обыкновенная – Ligustrum vulgare

Буддлея Давида – Buddleja davidii

Бузина черная – Sambucus nigra

Гибискус сирийский – Hibiscus syriacus

Гортензия крупноцветковая – Hydrangea macrophilla

Кипарисовик Лоусена – Chamaecyparis lawsoniana

Клен дланевидный – Acer palmatum

Клен японский – Acer japonicum

Лещина древовидная – Corylus colurna

Лещина крупная – Corylus maxima

Падуб обыкновенный – Ilex aquifolium

Пираканта узколистная – Pyracantha angustifolia

Ракитник венечный – Cytisus scoparius

Самшит вечнозеленый – Buxus sempervirens

Сосна Гриффита – Pinus griffithii

Софора японская – Sophora japonica

Туя складчатая – Thuja plicata

Черемуха мелкопильчатая – Padus serrulata

 

канд. биол. наук Светлана Чижова

Такие разные, но идеальные. Как рождаются снежинки и почему нет одинаковых? | ЭКОЛОГИЯ

Снежная зима подобна волшебной сказке: маленькие бриллианты снега сверкают на деревьях, домах, наших воротниках и шапках. Если поднести поближе варежку, можно разглядеть, насколько красивые и разные эти звёздочки. Ежедневно на землю падают миллиарды снежинок. И нет ни одной, похожей на другую! Как появляются снежинки, где начинают свой путь и из чего состоят? Об этом «АиФ -Красноярск» рассказала учитель физики МАОУ СШ № 144 Анна Купцова.

Кристаллы льда

Снежинка — это твёрдое тело, состоящее из кристалликов льда. Такие же кристаллики мы можем наблюдать, к примеру, в морозильной камере, когда на стенках образуется некий «снежок». Только он не такой красивый и больше похож на застывшую кашу. В чём же разница?

«Дело в том, что снежинки превращаются в твёрдые тела из парообразного состояния, а те, которые мы наблюдаем в холодильнике, — из жидкого, — рассказывает Анна Купцова. — Может быть, пакеты или контейнеры с продуктами были влажными или морозилка отключалась на некоторое время и лёд подтаял. Образование снежинок, которые мы видим на улице, с невероятными по красоте узорами, происходит очень высоко, порядка 4-5 тыс. метров над землёй. Там температура воздуха достигает сорока градусов мороза. В зависимости от того, на каком уровне находится облако, какова температура в данный момент, влажность, и т. д., формируется узор.

Для того чтобы снежинка в принципе начала образовываться, нужен зародыш, ядрышко. Это может быть пылинка, бактерия, другое инородное тело. И уже оно обрастает неповторимыми кристалликами льда».

Откуда идеальные формы?

В обычный снегопад мы не задумываемся, что каждая снежинка при изучении её в микроскоп может поражать правильностью и сложностью форм. 

«Все снежинки идеальной шестигранной формы. Структура молекулы воды обуславливает именно такую форму кристалла, поэтому между его лучами возможны углы лишь 60° и 120°.

Правильная форма объясняется составом молекулы воды — h3О. Вспомним уроки химии: это один атом кислорода и два — водорода. По строению атом состоит из ядра, в котором располагаются положительно заряженные протоны. А вокруг летают электроны. То же самое у водорода. Для того чтобы они объединились в молекулу, электрон от водорода и электрон от кислорода образуют пару. Они вращаются вокруг своей оси, но в разные стороны. Это приводит к тому, что молекула воды представляет собой маленькие геометрические фигуры».

Почему все разные?

При том, что все снежинки идеальны по своей форме, не бывает абсолютно одинаковых. На высоте каждая проходит через разные сочетания влажности, давления и температуры.

При температуре от 0 до -5 градусов получаются обычные пластины, от -5 до -10 градусов кристаллики льда собираются в острые длинные иголочки, от -10 до -20 градусов шестигранники увеличиваются не по краям, а в ширину. Бывает, из-за ветра получаются асимметричные снежинки, так как часть их разрушается. Всего в одной снежинке около 200-300 кристалликов льда. Весит она около миллиграмма.

Если вы хотите сфотографировать снежинку на макрокамеру, надо делать это очень быстро: когда тело спустилось с неба, его кристаллики перестают расти и почти сразу же начинают терять чёткость граней. А если снежинка упадёт на ладошку, то в одну секунду закончит свою красивую жизнь. 

«В домашних условиях создать снежинки невозможно, — отмечает Анна Купцова. — Мы можем попробовать что-то горячее, выпускающее пар, положить в морозильную камеру, и продукт обрастёт снегом. Это будут кристалики льда, но не те красивые снежинки, которые образуются высоко над землёй. Поэтому природа — самый гениальный художник».

Смотрите также:

Высоко сижу, далеко гляжу | Learn ArcGIS

При выборе места для строительства ветровой электростанции в целях снижения возможного негативного воздействия на окружающую среду следует принимать во внимание ряд факторов, большинство из которых географические по своей природе. Подобное исследование, известное как Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС)[1], принимает во внимание воздействие на людей, растения и животных; почву, воду, воздух, климат и ландшафт; материальные ценности и эстетику. В ОВОС описывается какие необходимо предпринять меры, чтобы сократить возможное воздействие; иногда это приводит к отклонению проекта.

Одна из составляющих ОВОС – анализ визуального влияния на окрестные живописные ресурсы. Он осуществляется путём построения карт с зонами гипотетической видимости. Анализ видимости особенно важен для ветровых электростанций, так как турбины обычно бывают довольно высокими и сильно бросаются в глаза, они очень блестят и плохо вписываются в естественные ландшафты. Это видно на фотографии одной из ветровых электростанций в Центральной Англии.

Вы будете исследовать место предполагаемого строительства ветровой электростанции в районе Рагби в графстве Уорикшир в Великобритании. Также изучим другие ветровые электростанции в этой местности. К тому же, надо принять во внимание две местные достопримечательности: соседнюю деревню и область культурного наследия.

Открытие карты

Предполагаемое место строительства ветровой электростанции Свифт находится к северо-востоку от небольшой деревушки Чёрчовер в “холмистой сельской местности с редко расположенными деревушками, отдельными домиками и усадьбами.»[2] Здесь дуют довольно сильные ветра, неподалёку есть несколько крупных дорог и можно легко подключиться к имеющейся сети энергоснабжения.

Чтобы посмотреть на ветровую электростанцию и её окрестности, откройте специально для этого созданную карту.

  1. Перейдите в группу ArcGIS Online I Can See for Miles and Miles.

    Группа содержит единственный элемент – веб-карту с названием Swift Wind Farm (ветровая электростанция Свифт) автора Learn_ArcGIS.

  2. Щелкните на образце, чтобы открыть веб-карту.

    Откроется карта. Прежде, чем продолжить, вам надо выполнить вход.

  3. Если надо, в правом верхнем углу щелкните Войти (Sign In). Войдите с помощью вашей учётной записи организации ArcGIS.
  4. В верхней части панели Детали щелкните кнопку Содержание.

    Предполагаемая ветровая электростанция Свифт и её турбины показаны поверх топографической базовой карты, предоставляющей географическую подложку.

    Окружающий ландшафт действительно представляет собой холмистую местность с пастбищами, фермами и деревеньками, как описано в документе ОВОС. В окрестностях немало изолированных домиков и усадеб.

    Чтобы посмотреть на спутниковое изображение, где лучше видны растительность, пустоши и прочие особенности ландшафта, надо сменить базовую карту.

  5. На ленте щелкните Базовая карта и выберите Снимки с надписями.

    Карта обновится, и появится спутниковое изображение.

На карте видно, что предполагаемое место строительства представляет собой в основном поля, перемежающиеся небольшим количеством деревьев и кустарника.

В ОВОС сообщается, что у ветровой электростанции Свифт будут четыре трехлепестковых турбины, очень похожие на изображённые на карте. Турбины в рабочем состоянии будут высотой до 126,5 метров (415 футов) каждая. Местоположения турбин, а также предполагаемые границы электростанции, были оцифрованы по карте, прилагающейся к ОВОС. Использован размер символов, соответствующий реальным размерам, поэтому при увеличении и уменьшении масштаба сложно получить представление о том, какими огромными будут турбины.

Изучение ветровой электростанции Low Spinney

Чтобы увидеть размеры турбин другой ветровой электростанции в данной местности, изучим электростанцию Лоу Спинни, работающую с ноября 2011 года.

  1. На ленте щелкните Закладки и выберите Low Spinney Wind Farm.

    Карта приблизится к месту с четырьмя огромными турбинами.

    Глядя на тени на снимке, можно сказать, что турбины довольно высокие. Их высота 131 метр (429 фута), они почти такие же, как будут на электростанции Свифт. Она также как и Свифт окружена фермами и пастбищами с несколькими отдельно стоящими домиками.

  2. На панели Содержание отметьте слой Low Spinney Wind Farm, чтобы включить его.
  3. Щёлкните зелёную область вокруг турбин, чтобы увидеть всплывающее окно с панорамой ветровой электростанции, а также информацию об источнике фотографии и ссылку на карту, по которой оцифровывались местоположения турбин.

    На фотографии видно, что местность довольно плоская, а турбины высокие и очень бросаются в глаза.

  4. Закройте всплывающее окно и отключите слой Low Spinney Wind Farm.

Изучение прочих ветровых электростанций в окрестностях

Чтобы увидеть прочие ветровые электростанции, построенные либо планируемые по соседству, надо изучить слой Wind Farms.

  1. Включите слой Wind Farms (ветровые электростанции).
  2. На панели Содержание щелкните имя слоя, чтобы увидеть его легенду.

    Некоторые электростанции уже построены, некоторые находятся на реконструкции, а иные планируются или их проекты уже были отклонены.

  3. Чтобы их местоположения было лучше видно, переключитесь на базовую карту Топографическая.
  4. На панели Содержание задержите курсор на слое Wind Farms. Щелкните кнопку Дополнительные опции и воспользуйтесь командой Приблизить.

    Карта автоматически изменит масштаб, чтобы отобразились все объекты слоя.

    Сложно составить карту ветровых электростанций, так как они постоянно меняют статус. Даже живущим в данной местности людям сложно отслеживать все проекты, апелляции и планы строительства. Поэтому статус ветровых электростанций на этой карте тоже уже может не соответствовать действительности.

  5. Изучите географические особенности местоположений различных электростанций, приближаясь к ним и сменив базовую карту на Снимки с надписями.

    Заметьте, что для некоторых электростанций по снимкам сложно понять, где находятся турбины. Можно предположить, что их проекты не прошли одобрение, или их ещё не построили. Но для некоторых действующих турбины на снимках тоже не видны. Возможно, снимки не очень актуальные.

    Также видно, что большинство ветровых электростанций находится на открытой сельской местности, где поблизости нет крупных поселений. Теперь мы знаем, какие места обычно одобряют для строительства ветровых электростанций в этом районе. И можно представить, сколько ветровых электростанций тут уже построено. Это может сыграть на руку противникам строительства новой электростанции.

  6. Изучив местные ветровые электростанции, отключите слой Wind Farms.

Изучение местных достопримечательностей

Теперь рассмотрим две достопримечательности, которые согласно ОВОС находятся рядом с предполагаемым местом строительства. Одна из проблем заключается в том, что у планируемой ветровой электростанции турбины будут видны с соседних объектов культурного наследия, включая охранную зону Чёрчовер и парк с садом Ньюнем Пэддокс.

  1. Перейдите к закладке Churchover.

    Чёрчовер – это деревня поблизости от предполагаемого места строительства ветровой электростанции. Охранная зона Чёрчовер – это “область особой архитектурной или исторической ценности, по своему характеру требующая бережного отношения и защиты,”[3] представляет собой всю деревню и часть прилегающей к ней сельской местности. Это сложная территория, так как местные власти обязаны «сохранять эти элементы, в том числе вид, представляющий привычный и привлекательный пейзаж.»[3]

    Заметьте, что предполагаемое место строительства электростанции находится к северо-востоку от деревни.

    Самое древнее здание в Чёрчовере – церковь Святой Троицы, датированная пятнадцатым веком.

  2. Включите слой Holy Trinity Church и приблизьтесь, чтобы были видны размеры церкви и ее шпиля.

    К северу и востоку от церкви нет никаких домов или деревьев, оттуда очень хорошо просматривается окружающая местность.

  3. Щелкните символ, чтобы увидеть панорамный снимок церкви.

    Церковь построена на небольшом возвышении, а церковная ограда (она видна в левом нижнем углу фотографии) довольно низкая. Высота шпиля пятнадцатого века чуть выше 20 метров (65 футов). На этом рисунке сравнивается высота турбин и церкви.

    Высота турбины более чем на 100 метров (328 футов) выше верхушки церковного шпиля, а каждая лопасть турбины почти в два раза длиннее церкви (примерно 10 средних легковых автомобилей). Даже основание турбины на рисунке соответствует трём длинам автомобиля.

  4. Закройте всплывающее окно и отключите слой Holy Trinity Church.

    Теперь рассмотрим парк с садом Ньюнем Пэддокс.

  5. Перейдите к закладке Newnham Paddox View.
  6. Включите слой Newnham Paddox Park and Garden (парк с садом Ньюнем Пэддокс) и посмотрите, где находится главное здание.

    От него вид на юго-восток в сторону ветровой электростанции тоже ничем не застроен, и там растут немногочисленные кустарники и группы деревьев.

  7. Перейдите к закладке Newnham Paddox.
  8. Щелкните символ, чтобы посмотреть всплывающее окно.

    Это родовое поместье графа и графини Денбиширских оно зарегистрировано как объект культурного и исторического наследия.

  9. Закройте всплывающее окно.
  10. Если надо, увеличьте в несколько раз, чтобы получше рассмотреть что там находится.

    Обратите внимание, что пейзаж возле зданий, вероятно, будет заслоняться деревьями, но юго-восток (где будет ветровая электростанция) довольно открытый. Посетителям усадьбы едва ли понравится, что турбины визуально слишком сильно контрастируют с исторической территорией.

Сохранение карты

Перед тем как приступить к анализу, надо сохранить карту.

  1. На ленте нажмите кнопку Сохранить и выберите Сохранить как.
  2. В окне Сохранить карту измените название на Swift Wind Farm Viewshed Analysis.
  3. Нажмите Сохранить карту.

Теперь, ознакомившись с местоположением ветровой электростанции и её окрестностями, вы сможете лучше выполнить анализ видимости.

С помощью ГИС можно вычислять области видимости, с которых будут видны объекты наблюдения (в данном случае мачты и турбины), или наоборот – какие области будут видны с указанных объектов, например шпилей или смотровых площадок. При выполнении подобного анализа для ветровых электростанций надо решить, будет ли вычисляться видимость объекта для лопасти ротора в самом верхнем положении, для самого ротора (к которому прикрепляются лопасти) или какой-то иной части турбины. От этого решения зависят результаты анализа.

Такие высокие объекты, как ветровые турбины, башенные солнечные телескопы и телебашни, издалека видны на плоских территориях, особенно если там нет ни многоэтажной застройки, ни густого леса. На иных территориях рельеф, а также здания, деревья и кустарники, могут существенно изменить картину. На видимость объектов также влияют острота зрения наблюдателя, кривизна земной поверхности и атмосферная рефракция. Хотя за изгибом земной поверхности ничего не видно уже на расстоянии 5 километров (или 3 мили), верхушки высоких объектов могут виднеться и из-за горизонта. Но всё же из-за пыли, влаги и загрязнения атмосферы редко удаётся что-то разглядеть дальше 20 километров (12 миль) даже в ясную погоду. Всё это следует принимать во внимание при выполнении анализа видимости.

Инструмент Создание области видимости учитывает атмосферную рефракцию и изгиб земной поверхности, но не такие факторы, как заслоняющие деревья и здания; соответственно, анализ видимости нередко сопровождается наземными исследованиями. Например, в ОВОС ветровой электростанции Свифт было обследовано 19 местоположений[1], чтобы определить, будут ли видны турбины с этих обзорных точек. Одно из требований анализа видимости – это наличие данных о форме ландшафта. Форма поверхности, или рельеф, в ГИС обычно моделируется при помощи цифровой модели рельефа (DEM). Esri скомпилировала ряд наборов данных рельефа в формат, который легко использовать для анализа и картографирования. Эти наборы данных используются инструментом Создание области видимости. Более подробно о данных DEM см. описание слоя Terrain.

Выполнение анализа видимости

Выполним анализ видимости от верхнего кончика лопасти, а затем сравним результаты с видимостью от основания турбины. Это позволит увидеть, насколько сильно высота объекта влияет на анализ.

  1. Если надо, откройте свою карту анализа видимости ветровой электростанции Свифт Swift Wind Farm Viewshed Analysis.
  2. Измените базовую карту обратно на Топографическую.

    Слой турбин Wind Turbines специально создан для того, чтобы было видно размер турбины, если увеличивать или уменьшать масштаб. Он был создан как слой листов. Для инструмента Создание области видимости необходимы точечные объекты, поэтому вы будете использовать слой Turbines для анализа в этом уроке. Он представляет те же самые местоположения турбин, но без пропорциональных реальной высоте символов.

  3. Отключите все слои, удерживая нажатой клавишу Ctrl при щелчке на окошке для отметки возле любого включённого слоя.
  4. Включите слои Turbines и Swift Wind Farm.
  5. Включите слой Study Area и приблизьтесь к нему.

    Этот слой показывает расстояние 25 километров от турбин, которое и будет использоваться для анализа. Расстояние 25 километров использовалось в ОВОС, чтобы очертить область, “считающуюся достаточной, чтобы в неё попали все возможные ландшафты, на которые может материально или визуально повлиять данное строительство.»[2]

  6. На панели Содержание укажите слой Turbines и щёлкните кнопку Выполнить анализ.

    Подсказка:

    Вы также можете открыть панель Выполнить анализ на ленте.

  7. На панели Выполнить анализ щелкните Найти местоположения и выберите Создание области видимости.

    Обратите внимание, что здесь показаны высота и единицы измерения по умолчанию.

    Подсказка:
    Ваш администратор уже настроил язык для вашей организации, но вы можете выбрать другой только для себя, внеся изменения в свой профиль. Кроме того, есть возможность через пользовательский интерфейс изменить единицы измерения для настроек определённого инструмента. Результаты анализа в таблицах и всплывающих окнах всегда будут в тех единицах, которые установлены в вашем профиле или настройках организации, даже если в опциях инструмента указано иное.
  8. Проверьте, что Точечные объекты, представляющие точки наблюдателя заданы как Turbines.
  9. На панели Создание области видимости задайте Высоту местоположений наблюдателя на 126,5 метров (или 415 футов).

    Это высота объектов, которые будут наблюдаться; в данном случае это турбины.

  10. Установите Высоту других объектов над поверхностью земли на 1,8 метра (или 6 футов).

    Это высота наблюдателя, то есть мы предполагаем, что рост человека, который будет видеть турбину составляет 1 м 80 см.

  11. Установите Максимальное расстояние видимости на 25 километров (или 15 миль).

    Для инструмента Создание области видимости параметр Максимальное расстояние видимости связан с разрешением используемых для анализа данных и определяет экстент видимости. Если максимальное расстояние видимости меньше или равно 5 км, для изучаемой территории используются данные 10-метрового разрешения. Если максимальное расстояние видимости от 5 до 15 км, используются данные 30-метрового разрешения. Если больше 15 км – 90-метрового. Максимальное допустимое расстояние видимости 50 км.

    Использование расстояния 25 км означает, что для анализа будут использоваться данные с самым грубым разрешением (90 м).

  12. Переименуйте Имя слоя результата в Viewshed и добавьте свое имя или инициалы, чтобы имя слоя было уникальным в организации.

    Это позволит избежать конфликта в имени вашего слоя результатов анализа со слоями, созданными другими участниками организации.

  13. Установите отметку Использовать текущий экстент карты.

    Если у инструмента Создание области видимости включена опция Использовать текущий экстент карты, будут анализироваться только те объекты слоя анализа (турбины), которые видны на момент анализа в текущем экстенте. Если опция отключена, будут обрабатываться все объекты слоя анализа, даже если их сейчас не видно на карте.

  14. Нажмите Запустить анализ.

    По завершении операции на карту и панель Содержание будет добавлен новый слой видимости Viewshed.

    Созданный слой видимости охватывает области, которые видны с верхушек турбин, или наоборот – с которых будут видны верхушки турбин.

    Чтобы посмотреть, как ваши предположения влияют на результаты анализа, необходимо сравнить эти результаты с другой областью видимости, построенной от оснований мачт.

  15. На панели Содержание укажите слой Viewshed ваше имя и щёлкните кнопку Перезапустить анализ.

    Откроется инструмент Создание области видимости, с такими же настройками, как при первом запуске этого инструмента. Вам надо изменить настройки, чтобы создать вторую область видимости.

  16. Повторите анализ со следующими параметрами (или подставьте соответствующие значения если предпочитаете мили и футы):
    • Задайте Высоту местоположений наблюдателя на ноль.
    • Установите Высоту других объектов над поверхностью земли на 1.8 метра (или 5.9 футов).
    • Установите Максимальное расстояние видимости на 25 километров (или 16 миль).
    • Назовите слой результата Viewshed from Base, добавив свое имя или инициалы, чтобы имя слоя было уникальным в организации.

  17. Сохраните карту.

Далее вы будете изучать результаты анализа.

Ранее вы создали две области видимости. Вы их сравните на этом уроке.

Вы измените символы для слоя с видимостью от основания турбин, чтобы отличия было лучше видно. Затем мы рассмотрим слой 25-километровой видимости, чтобы лучше понять, какие выходные данные генерирует инструмент. Наконец, мы изучим визуальное влияние на две описанные ранее достопримечательности.

Изменение условных обозначений

Сначала вы присвоите символы слою видимости.

  1. Если надо, откройте свою карту анализа видимости ветровой электростанции Свифт Swift Wind Farm Viewshed Analysis.
  2. На панели Содержание задержите курсор на слое Viewshed from Base и щелкните кнопку Изменить стиль.

  3. В стиле Местоположение (единый символ) щелкните Опции.

  4. Щелкните Символы, чтобы изменить символ.

  5. Щелкните синий цвет как показано здесь (#0070FF), чтобы изменить цвет заливки.

  6. Щелкните Контур и выберите синий цвет, показанный ниже (#004DA8), чтобы изменить цвет контура символов.

  7. Нажмите OK.
  8. На панели Изменить стиль щелкните OK, затем Готово.

    Нет сомнений, что области видимости с верхней лопасти и от основания турбины радикально отличаются. Это важно помнить как при выполнении анализа видимости, так и при рассмотрении его результатов. Самый простой способ уменьшить область видимости – использовать более низкое значение высоты наблюдаемого объекта, поэтому остерегайтесь анализа, подстраивающего высоту для сокращения влияния на визуальную эстетику.

  9. Отключите слой Viewshed from Base.

    Теперь рассмотрим таблицу атрибутов слоя Viewshed и посмотрим какие поля включены в слой результатов.

  10. На панели Содержание выберите слой Viewshed и щелкните кнопку Показать таблицу.

    Таблица атрибутов откроется в нижней части карты.

    Там четыре полигональных пространственных объекта, отличающихся по полям Frequency и Area Square Kilometers (или Area Square Miles, если используются американские единицы измерения). В поле Frequency записано количество турбин, которые видно с этой территории, но не какие это конкретно турбины. Так как турбин всего четыре, в поле Frequency есть значения от одного до четырёх; из областей со значением «1» видно лишь одну турбину, а из областей со значением «4» видны все четыре сразу. Для данной области видимости почти везде видны все четыре турбины сразу (это 761,35 квадратных километров).

    Итоговый слой также содержит поле DEM Resolution, в котором записывается разрешение цифровой модели рельефа (ЦМР), используемой для вычисления видимости, в данном случае это 90 метров. Там также присутствует информация о данных DEM, в том числе название и источник набора данных.

  11. Щелкните значок X в правом верхнем углу, чтобы закрыть таблицу.

    Теперь изменим условные обозначения слоя Viewshed, чтобы было понятно, сколько турбин откуда видно.

  12. На панели Содержание укажите слой Viewshed и щелкните кнопку Изменить стиль.
  13. В качестве атрибута для отображения выберите Frequency.

  14. В нижней части списка стилей для Типы (уникальные символы) щелкните Выбрать.

    Когда стиль выбран, справа от него появляется отметка, а текст посередине меняется с Выбрать на Опции

  15. Щелкните Опции.
  16. Щёлкните кнопку Символы справа от Count, чтобы изменить цвета, используемые для отображения значений Frequency.

  17. Щёлкните цветовую шкалу как показано здесь, чтобы изменить цвет заливки символов.

  18. Щелкните Контур. Отключите опцию Автоматически настроить контур, затем установите Прозрачность на 100%, чтобы его не было видно.

    Подсказка:

    Или установите Ширину линии на 0 пикселов.

  19. Нажмите OK.
  20. На панели Изменить стиль щелкните OK, затем Готово.
  21. Щелкните имя слоя Viewshed, чтобы увидеть условные обозначения.

    Если видно лишь одну турбину, область на карте выделена жёлтым, если две – оранжевым. Жёлто-зелёным выделены области где видно три турбины, а где все четыре – зелёным.

  22. Перейдите к закладке Viewshed Symbols, показывающей территорию, на которой присутствуют все четыре типа.

  23. Щелкните зелёную зону, чтобы посмотреть всплывающее окно.

    Из этой области видны все четыре турбины, а площадь дана для всей зелёной области.

  24. Закройте всплывающее окно.
  25. Щелкайте другие области, чтобы просмотреть всплывающие окна.
  26. Сохраните карту.

Теперь изучим области видимости для двух местных достопримечательностей, которые рассматривали ранее.

Изучение областей видимости для достопримечательностей

Мы уже заметили, что пейзажи возле Чёрчовер и Ньюнем Пэддокс, вероятно, будут нарушены возвышающимися турбинами планируемой ветровой электростанции. Исследуем результаты анализа видимости и посмотрим, видны ли будут турбины возле этих достопримечательностей.

  1. Приблизьтесь к закладке Churchover и посмотрите, как обстоят дела в окрестностях Чёрчовера.

    Согласно нашему анализу, турбины ветровой электростанции Свифт в окрестностях деревни будут видны отовсюду. Это противоречит анализу визуального влияния из ОВОС, где сказано: “Всего из нескольких точек в деревне (не в её северной части) вид на окрестности будет нарушен турбинами планируемой электростанции; тем не менее на большей части территории деревни и её окрестностей турбины будут почти или совсем не видны.»[1]

    Вспомним, что анализ видимости предполагает не застроенные территории без растительности – возможно авторы ОВОС учитывали наличие зданий и деревьев. Тем не менее, наш анализ предполагает, что турбины будут видны из ряда местоположений в пределах Чёрчовера и прилегающей сельской местности, входящей в Охранную зону Чёрчовер. Для изучения этих несоответствий требуется дополнительный анализ. Следующий шаг заключается в выполнении наземных исследований, чтобы проверить что будет видно из различных местоположений.

  2. Включите слой Newnham Paddox Park and Garden.
  3. Выключите слой Turbines и включите Wind Turbines.
  4. Перейдите к закладке Newnham Paddox View и посмотрите, как все выглядит со стороны усадьбы.

    И вновь результаты анализа показывают, что возле объекта культурного наследия турбины будут видны отовсюду.

    ОВОС утверждает, что видимость из поместья «будет настолько ограниченной, что её можно не учитывать. В основном, это результат наличия сложившейся взрослой древесной растительности возле усадьбы Ньюнем Пэддокс, а также того, что турбины будут частично загораживаться выпуклой формой рельефа на востоке”. [1] Чтобы это проверить, необходимо визуально проанализировать, что будут заслонять деревья и рельеф возле усадьбы.

  5. Отключите слой Viewshed.

    Топографическая базовая карта Esri показывает объекты рельефа, например холмы, светлой отмывкой и линиями равных высот, которые называются горизонталями. Здесь между Ньюнем Пэддокс и турбинами видно совсем немного отмывки и несколько горизонталей (выглядят как светло-серые неподписанные линии), то есть рельеф довольно плоский. Отсюда возникает вопрос – что в ОВОС называется «выпуклой формой рельефа», и очень бы пригодился анализ на местности, чтобы проверить, что видно из этого местоположения.

  6. Измените базовую карту на Imagery, чтобы посмотреть на растительность и особенности ландшафта.

    Так как нас уже не очень интересуют названия географических объектов, здесь лучше использовать базовую карту Изображение, а не использовавшуюся ранее Снимки с надписями.

    На снимке видно, что между усадьбой и турбинами почти нет деревьев. Здесь возникает вопрос о том, что называлось в ОВОС «сложившейся взрослой древесной растительностью». С дальнейшими исследованиями всё ясно.

  7. Сохраните карту.

Теперь, по завершении исследования результатов анализа, их можно опубликовать.

Перед публикацией необходимо произвести некоторые исправления, в том числе изменить базовую карту, установить экстент карты, включить или отключить некоторые слои, переименовать слои и удалить ненужные слои.

Публикация вашей карты

  1. Если надо, откройте свою карту анализа видимости ветровой электростанции Свифт Swift Wind Farm Viewshed Analysis.
  2. Измените базовую карту на Топографическую.
  3. Приблизьтесь к слою Study Area.
  4. Отключите слой Newnham Paddox Park and Garden.
  5. Включите слой Viewshed.

  6. На панели Содержание задержите курсор на слое Viewshed ваше_имя. Щёлкните кнопку Дополнительные опции и воспользуйтесь командой Переименовать.

    Подсказка:

    Переименование слоя делает его название более понятным для читателей.

  7. Измените имя слоя на Области видимости и щелкните OK.

  8. На панели Содержание задержите курсор на слое Viewshed from Base. Щелкните кнопку Дополнительные опции и воспользуйтесь командой Удалить.
  9. Также удалите слой Low Spinney Wind Farm.
  10. Сохраните карту.
  11. На ленте нажмите Общий доступ.
  12. Выберите доступ для всех или только для организации.

  13. В окне Обновить параметры общего доступа щелкните Обновить параметры общего доступа.

    Подсказка:

    Слои на карте должны обладать такими же параметрами общего доступа, как и сама карта. Все слои, полученные в результате анализа, по умолчанию не открыты для общего доступа, поэтому теперь будет предложено открыть общий доступ к ним.

  14. Если хотите кому-то передать карту по электронной почте, скопируйте ссылку и вставьте в сообщение электронной почты.

  15. Чтобы поделиться своей картой через Facebook или Twitter, щелкните соответствующий значок, если он доступен.

  16. Щёлкните Готово.

Теперь вы полностью выполнили анализ видимости ветровой электростанции Свифт. Можно использовать этот инструментарий и для других подобных исследований, например, определить, что будет видно с верхушки шпиля церкви Святой Троицы, или откуда видно ветровую электростанцию Лоу Спинни. Можно выполнять анализ видимости и для других территорий, так как покрытие данными цифровой модели рельефа почти глобальное.

Еще больше уроков вы найдете в Галерее уроков Learn ArcGIS.

Пять стихий: космос

Наш пятый материал в цикле «Пять стихий», который N+1 осуществляет совместно с НИТУ «МИСиС», следовало бы, по примеру средневековой натурфилософии, посвятить эфиру. Древние мыслители полагали, что эта среда, внутри которой распространяется свет от Солнца, заполняет собой пространство высоко над поверхностью Земли. Но мы живем не в средние века и даже не в XIX веке, когда знаменитый опыт Майкельсона-Морли опроверг существование эфира. Поэтому мы знаем, что над нами располагается не какой-то там эфир, а самый настоящий космический вакуум, в котором редкая частица коснется творения материаловеда.

Впрочем, было бы ошибкой считать, что в космосе искусственным материалам ничего не угрожает, в отличие от трения о воздух или землю, коррозии в воде или сгорания в огне. Как известно, при разработке материалов для космических кораблей необходимо учитывать огромное количество факторов. Во-первых, в открытом космосе не работает охлаждение путем теплопередачи: там попросту нет частиц, которые могли бы уносить с собой тепло. Из-за этого поверхность Международной космической станции (МКС), которая находится на том же расстоянии от Солнца, что и Земля, раскаляется до сотни градусов Цельсия. Во-вторых, в космическом пространстве присутствует много высокоэнергетических частиц и ионизирующее излучение — если объекты на Земле от их воздействия спасает атмосфера, то в космосе они способны создавать дефекты в материалах и нарушать их структуру. Сюда же можно отнести значительно более редкие микрометеороиды: недавно столкновение с миллиметровой песчинкой оставило 40-сантиметровую вмятину на спутнике Sentinel-1A европейской программы.

В-третьих, важно помнить, что в вакууме многие материалы начинают испаряться — по аналогии с тем, как вода закипает при меньших температурах в разреженном высокогорном воздухе. Ну и, в-четвертых, нельзя забывать о том, что чем тяжелее аппарат, который мы намерены доставить на орбиту, тем дороже нам обойдется его запуск. Совокупность всех этих факторов ставит перед материаловедами непростую задачу. Которая, впрочем, успешно решается — буквально в прошлом году человечество достигло ранее неисследованных рубежей Солнечной системы (речь идет о Плутоне), а вокруг Земли летает около тысячи активных спутников. Рассмотрим по порядку, с чем пришлось столкнуться специалистам.

Теплоизоляция

Потребность в теплоизоляции космического аппарата возникает еще до того, как он окажется в космосе. Головной обтекатель ракеты-носителя, поднимающейся в плотных слоях атмосферы, раскаляется до температур порядка тысячи градусов Цельсия из-за трения о воздух. Срок его работы — всего 5-6 минут (347 секунд для «Протона-М»), но все это время он должен обеспечивать идеальную аэродинамику ракеты.

Придать обтекателю огнеупорность можно с помощью керамических плиток: к примеру, керамика на основе оксида циркония или карбидов выдерживает воздействия температур в три тысячи градусов Цельсия. Но керамические плитки — хрупкие изделия, способные повредиться из-за резкого нагрева и расширения. Поэтому основу современных головных обтекателей составляют композитные материалы, углепластики и стеклопластики. Помимо большей упругости, они еще и гораздо легче металлических или керамических плит. На многослойные кожухи из этих материалов дополнительно наносят керамические теплозащитные покрытия.

Головные обтекатели «Протон-М»

Pavel Kolotilov / Wikimedia Commons

Как ни странно, даже после выхода в космос аппарат необходимо защищать от перегрева. Отдавать поглощенное тепло от Солнца в вакууме можно единственным способом, испуская его в виде излучения. Нарушение этого процесса недопустимо. Так, именно перегрев стал причиной поломки «Лунохода-2» — предпоследнего лунного аппарата, опустившегося на поверхность спутника Земли в 1973 году. Небольшое количество грунта попало на радиатор лунохода и нарушило его тепловой баланс, после чего 4-месячная миссия устройства прервалась.

Специально для защиты от перегрева аппараты оборачивают отражающей (металлизированной) или белой полимерной пленкой. Иногда, например, в случае телескопа «Джеймс Уэбб», из материала создают специальный защитный «зонтик», полностью перекрывающий доступ солнечного света к аппарату.

Защита солнечных батарей

Исходя из принципов высокой эффективности при минимальном весе, солнечные батареи космических аппаратов тоже отличаются от наземных. Это многослойные элементы, напоминающие собой сандвич, каждый компонент которого работает со своей частью спектра.

Простейшая солнечная батарея состоит из пары слоев полупроводников, покрытых сеткой металлических контактов. Чтобы фотон, упавший на фотоэлемент, стал источником тока, он должен поднять энергию одного из электронов материала и перенести его на другой энергетический уровень. Энергия, которая для этого требуется, у каждого материала своя, и если фотоны «не дотягивают» до этого уровня, то никакого тока в элементе не возникнет. Поэтому каждая пара полупроводников эффективно работает в своем участке спектра.

Идея многокаскадных батарей состоит в том, чтобы сделать внутри устройства сразу несколько пар полупроводников, расположенных друг над другом, охватывающих более широкую область спектра. Такие элементы на практике имеют эффективность более 30 процентов, что близко к теоретическому, не достигнутому пока максимуму кремниевых солнечных батарей.

Сейчас традиционно используется сандвич, состоящий из трех каскадов: индий-галий-фосфорного, арсенидно-галиевого и германиевого. Кстати, он лучше кремниевого выдерживает бомбардировку ионизирующим излучением. Дело в том, что причины снижения КПД батареи в космосе связаны с возникновением дефектов в материале, возникающих вследствие такой бомбардировки. С ними можно бороться любопытным способом — периодически отжигая солнечную батарею, разогревая ее до 400 градусов Цельсия. Правда, пока на практике этот метод воплощен не был.

Радиационная защита 

Самой большой проблемой для бортовых компьютеров космических аппаратов являются повреждения памяти или процессоров ионизирующим излучением. Попадание высокоэнергетичного фотона может запросто отключить один или несколько транзисторов в управляющей схеме, а это грозит отключением всего устройства. Казалось бы, обезопасить схему управления можно, поместив ее внутрь свинцового ящика, но и тут не все так просто. Материал ящика сам по себе станет источником вторичного излучения, которое в случае частиц очень высоких энергий будет достаточно ощутимым.

Поэтому бороться с радиацией приходится скорее не столько с помощью новых материалов, сколько путем правильного построения логики процессора. В радиационно-защищенных микросхемах, помимо специального напыления, каждая логическая цепочка дублируется три и более раз. В результате, если сбой все-таки произошел, компьютер выбирает результат расчета, который предложило наибольшее количество логических цепей.

Дублирование доходит до того, что в американском марсоходе «Кьюриосити», например, стоят два идентичных радиационно-защищенных бортовых компьютера. Отсутствие должной защиты приводит к авариям: к примеру, из-за сбоя в электронике, связанного с попаданием тяжелой высокоэнергетичной частицы, упала российская автоматическая межпланетная станция «Фобос-Грунт». Иногда ионизирующее излучение играет, наоборот, положительную роль. К примеру, зависший бортовой компьютер частного космического аппарата LightSail-1 спасла перезагрузка, выполняемая при попадании частиц высокой энергии.

Среди огромного спектра проблем, которые мешают осуществимости проекта российского бизнесмена Юрия Мильнера Breakthrough Starshot (полет к Альфе Центавра), радиационная деградация электроники стоит не на последнем месте. На прошлой неделе эксперты из корейского KAIST предложили для нее решение — новый тип транзисторов. Устройства будут раз в несколько лет выключаться и самостоятельно себя отжигать, восстанавливая свою структуру. 

Самый легкий двигатель

Один из самых необычных способов передвижения в космическом пространстве — солнечные паруса. Это многометровые зеркала, обеспечивающие тягу аппарата за счет давления солнечного света. Ощутить это давление на Земле непросто — на идеально отражающее зеркало площадью в один квадратный метр будет действовать давление от солнечного света, эквивалентное весу в один миллиграмм. Однако в космосе такого давления достаточно для того, чтобы придавать аппарату ускорение. Дополнительный бонус — отсутствие потребности брать с собой топливо.

Но как вывести в космос зеркало такого большого размера? Последние проекты, в том числе и летавший в прошлом году аппарат LightSail-1, использовали тончайшую — всего 4,5 микрона толщиной — полимерную пленку, покрытую слоем металла. Этот материал называется майлар. Парус LightSail-1, имея площадь в 32 квадратных метра, весил всего около 200 грамм. На орбиту его доставили в сложенном состоянии, после чего он развернулся с помощью специальной системы.

В основе майлара лежит полиэтилентерефталат — из этого же материала делают пластиковые бутылки для газировки. Для увеличения упругости полимер текстурируют, частично кристаллизуя. Затем, методом осаждения из пара на ПЭТ наносят тонкий слой алюминия или золота, который и играет роль зеркала.

Японский космический зонд IKAROS глазами художника

Andrzej Mirecki / Wikimedia Commons

Источники энергии

В дальнем космосе не так много возможностей добыть энергию для работы систем космического аппарата. Солнечные батареи, увы, не панацея — самый далекий аппарат, получающий энергию от Солнца, это американская автоматическая межпланетная станция «Юнона», обращающаяся вокруг Юпитера. Для того чтобы она получала достаточное количество энергии, инженеры прикрепили к ней батареи общей площадью 60 квадратных метров (больше, чем средняя квартира-«однушка»). Более далекие миссии — к Сатурну и другим внешним планетам, к Плутону и в пояс Койпера — используют в качестве «батарейки» радиоизотопные термоэлектрические генераторы, или, сокращенно, РИТЭГи.

Внутри этих устройств находится тепловыделяющая сборка из радиоактивного вещества. В миссиях «Вояджеров», «Кассини», New Horizons, «Галилео» и других использовался, в виде оксида, плутоний-238. Тепло выделяется из-за альфа-распада плутония: горячие альфа-частицы передают свою кинетическую энергию материалу и разогревают его. Электричество возникает благодаря термоэлектрическим генераторам, преобразующим разность температур РИТЭГа и окружающей среды в электричество. С точки зрения материаловедения, в основе этих генераторов лежат контакты двух разнородных материалов, напоминающие термопары; в основном для этого используются пары кремний-германий.

Срок жизни РИТЭГов напрямую определяется периодом полураспада радиоактивного материала и скоростью деградации термопар. Если 40 лет назад мощность батарей «Вояджеров» составляла 470 ватт, то к 2013 году она упала до 260 ватт (при этом израсходовалось менее 30 процентов плутония). Ожидается, что к 2025 году их мощности уже будет недостаточно для поддержания радиосвязи аппаратов с Землей.

На переднем плане — РИТЭГ, использованный миссией «Аполлон-14». На заднем фоне — ALSEP, стандартный комплект приборов, которые размещали миссии на Луне. Справа виден Lunar Ranging Retro Reflector, прибор для измерения точного расстояния от Земли до Луны

Alan Shepard / NASA

Существует еще один тип радиоизотопных источников — так называемые бета-вольтаические элементы. О них нам рассказал Александр Быков, кандидат технических наук, сотрудник кафедры Материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ «МИСиС». «В космосе есть проблема теплоотвода. В бета-вольтаических элементах вы получаете ток напрямую из распадов».

По словам Быкова, выделяют три типа таких элементов: «Есть генераторы прямой отдачи. В этом случае вы собираете только тот ток, который возникает из бета распада. Изотоп отдает электрон, получает положительный заряд, отрицательный заряд вы собираете на каком-то коллекторе. Получается батарейка, работающая только на токе распада. Есть полупроводниковые генераторы. В них активный изотоп «намазывают» на полупроводник, и когда электрон вылетает, то в полупроводнике возникает несколько сотен (и может быть тысяч) электрон-дырочных пар. Они расходятся в p-n переходе (как в обыкновенных солнечных батареях), и вы получаете работающую батарейку. Третий тип — механоэлектрические генераторы. Это то, чем мы занимаемся. Это когда у вас есть подвижный элемент, консоль, который заряжается положительно из-за бета-распада. Коллектор при этом заряжается отрицательно. Под действием кулоновских сил они притягиваются, касаются и релаксируют. Возникают колебания типа биений, энергия которых снимается с помощью пьезоэлементов».

Проблема деградации не обходит бета-вольтаические элементы. Полупроводниковые материалы деградируют под действием излучения — кремний быстрее, арсенид галлия медленнее. Однако, как утверждает ученый, в механоэлектрических генераторах деградацию можно обойти, поместив отдельно изотопный источник и отдельно преобразователь. Впрочем, мощность РИТЭГов бета-вольтаическим генераторам не превзойти.

***

Космическое материаловедение кажется оторванным от земных задач. Тем не менее, его результаты активно используются на Земле. К примеру, еще несколько лет назад РИТЭГи (правда, стронциевые) обеспечивали электропитание заполярных маяков — в сумме таких устройств было создано свыше тысячи. Космическая гонка XX века послужила толчком для поиска новых сплавов, многие из которых сейчас применяются для изготовления предметов повседневного пользования. К примеру, нитинол, металл с памятью формы, восстанавливающий деформации при нагреве, был разработан для нужд ракетной техники. Сейчас он нашел применение в ортодонтии — из него делают проволочные дуги для брекетов.

Радиационная защита применяется в оборудовании атомных электростанций и является необходимым элементом в военной технике. Космические солнечные батареи, несмотря на их дороговизну, пытаются адаптировать к наземным применениям (как правило, используя концентрирующие линзы), а керамическая теплоизоляция используется как пассивная защита от расплавления ядерных реакторов.

Да и в целом современная жизнь сильно зависит от космической промышленности. Благодаря системе глобального позиционирования у нас есть навигаторы, спутники обеспечивают связь с самыми удаленными областями мира (вплоть до полюсов Земли), транслируют телевизионные сигналы и позволяют оперативно получать снимки мест происшествий. 

Владимир Королёв

Воздушное движение | Науки о Земле

Задачи урока

  • Список свойств воздушных потоков в конвекционной ячейке.
  • Опишите, как ячейки высокого и низкого давления создают местные ветры, и объясните, как образуются несколько типов местных ветров.
  • Обсудите, как глобальные конвекционные ячейки приводят к глобальным ветровым поясам.

Словарь

  • адвекция
  • Ветры чавычи (ветры Фона)
  • haboob
  • зона высокого давления
  • струйный поток
  • стоковые ветры
  • сухопутный ветер
  • зона низкого давления
  • сезон дождей
  • горный бриз
  • полярный передний
  • эффект дождя
  • Ветры Санта-Ана
  • морской бриз
  • долинный бриз

Введение

Несколько основных принципов имеют большое значение для объяснения того, как и почему движется воздух: Поднимающийся теплый воздух создает зону низкого давления у земли.Воздух из окружающей среды засасывается в пространство, оставленное поднимающимся воздухом. Воздух течет горизонтально в верхней части тропосферы; горизонтальный поток называется адвекцией . Воздух остывает, пока не сойдет. Там, где он достигает земли, создается зона высокого давления . Воздух, движущийся из областей с высоким давлением в области с низким давлением, создает ветры. Теплый воздух может содержать больше влаги, чем холодный. Воздух, движущийся в основании трех основных конвективных ячеек в каждом полушарии к северу и югу от экватора, создает глобальные ветровые пояса.

Давление воздуха и ветер

Внутри тропосферы находятся конвективные ячейки ( Рис. ниже).

Теплый воздух поднимается вверх, создавая зону низкого давления; прохладный воздух опускается, создавая зону повышенного давления.

Воздух, который движется горизонтально между зонами высокого и низкого давления, порождает ветер. Чем больше разница давлений между зонами давления, тем быстрее движется ветер.

Конвекция в атмосфере определяет погоду на планете.Когда теплый воздух поднимается и охлаждается в зоне низкого давления, он может не удерживать всю воду, содержащуюся в нем, в виде пара. Некоторое количество водяного пара может конденсироваться с образованием облаков или осадков. Когда спускается прохладный воздух, он согревается. Так как в этом случае он может удерживать больше влаги, нисходящий воздух будет испарять воду с земли.

Воздух, перемещающийся между крупными системами высокого и низкого давления, создает глобальные ветровые пояса, которые сильно влияют на региональный климат. Системы меньшего давления создают локальные ветры, влияющие на погоду и климат местности.

Онлайн-справочник по атмосферному давлению и ветрам от Университета Иллинойса находится здесь: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/home.rxml.

Местные ветры

Местные ветры возникают в результате движения воздуха между небольшими системами низкого и высокого давления. Ячейки высокого и низкого давления создаются в различных условиях. Некоторые местные ветры имеют очень важное влияние на погоду и климат некоторых регионов.

Сухой и морской бриз

Поскольку вода имеет очень высокую удельную теплоемкость, она хорошо сохраняет свою температуру.Так вода нагревается и остывает медленнее, чем земля. Если есть большая разница температур между поверхностью моря (или большого озера) и сушей рядом с ним, образуются области высокого и низкого давления. Это создает местные ветры.

  • Морские бризы дуют с более прохладного океана над более теплой сушей летом ( Рисунок ниже). Где зона высокого давления, а где зона низкого давления? Морской бриз дует со скоростью от 10 до 20 км (от 6 до 12 миль) в час и понижает температуру воздуха на 5-10 ° C (от 9 до 18 ° F).
  • Ветерок с суши дует зимой с суши в море. Где зона высокого давления, а где зона низкого давления? Некоторое количество более теплого воздуха из океана поднимается, а затем опускается на сушу, в результате чего температура над сушей становится теплее.

Как морской и наземный бриз смягчают прибрежный климат?

Сухой и морской бриз создают приятный климат, которым известна Южная Калифорния. Воздействие наземного и морского бриза ощущается только на расстоянии от 50 до 100 км (от 30 до 60 миль) вглубь суши.Этот же эффект охлаждения и потепления проявляется в меньшей степени днем ​​и ночью, потому что земля нагревается и охлаждается быстрее, чем океан.

Муссонные ветры

Муссон ветры — это более крупномасштабные версии сухопутных и морских бризов; они дуют с моря на сушу летом и с суши на море зимой. Муссонные ветры возникают там, где очень жаркие летние районы находятся рядом с морем. Грозы обычны во время муссонов ( Рисунок ниже).

На юго-западе США относительно прохладный влажный воздух, всасываемый из Мексиканского и Калифорнийского заливов, встречается с воздухом, нагретым палящими температурами пустыни.

Самый важный муссон в мире происходит каждый год над Индийским субконтинентом. Более двух миллиардов жителей Индии и Юго-Восточной Азии зависят от муссонных дождей как источника питьевой и поливной воды. Во времена парусных судов сезонные изменения муссонных ветров перевозили товары туда и обратно между Индией и Африкой.

Горные и долинные бризы

Разница температур между горами и долинами создает горный и долинный бриз.Днем воздух на горных склонах нагревается больше, чем воздух на той же высоте над прилегающей долиной. В течение дня теплый воздух поднимается вверх и втягивает прохладный воздух из долины, создавая долинный бриз . Ночью горные склоны остывают быстрее, чем близлежащая долина, из-за чего горный бриз спускается вниз.

Катабатические ветры

Катабатические ветры движутся вверх и вниз по склонам, но они сильнее горных и долинных бризов.Катабатические ветры образуются над возвышенностями, такими как высокое плато. Плато обычно почти со всех сторон окружено горами. Зимой плато остывает. Воздух над плато остывает и опускается вниз с плато через пропасти в горах. Скорость ветра зависит от разницы в давлении воздуха над плато и над окрестностями. Катабатические ветры образуются над многими континентальными районами. Чрезвычайно холодные стоковые ветры дуют над Антарктидой и Гренландией.

Chinook Winds (Виндс Фен)

Ветры Чавычи (или Ветры Фона ) возникают, когда воздух нагнетается над горным хребтом.Это происходит, например, когда западные ветры приносят воздух из Тихого океана над горами Сьерра-Невада в Калифорнии. Когда относительно теплый влажный воздух поднимается над наветренной стороной гор, он охлаждается и сжимается. Если воздух влажный, могут образовываться облака и выпадать дождь или снег. Когда воздух опускается с подветренной стороны гор, он образует зону высокого давления. Наветренная сторона горного хребта — это сторона, которая принимает ветер; подветренная сторона — это сторона, на которой опускается воздух.

Нисходящий воздух согревает и создает сильный сухой ветер. Ветер чавычи может повысить температуру более чем на 20 ° C (36 ° F) за час и быстро снизить влажность. Снег на подветренной стороне горы исчезает, быстро тает. Если осадки выпадают по мере того, как воздух поднимается над горами, воздух будет сухим, поскольку он опускается с подветренной стороны. Этот сухой, опускающийся воздух вызывает эффект дождя (, рис. ниже), который создает многие пустыни мира.

Когда воздух поднимается над горой, он охлаждается и теряет влагу, а затем нагревается за счет сжатия с подветренной стороны.В результате тёплый и сухой ветер — это ветер Чавук. С подветренной стороны горы ощущается эффект дождя.

Санта-Ана Виндс

Ветры Санта-Ана возникают поздней осенью и зимой, когда Большой бассейн к востоку от Сьерра-Невады охлаждается, создавая зону высокого давления. Сила высокого давления идет вниз по часовой стрелке (из-за Кориолиса). Давление воздуха повышается, поэтому температура повышается, а влажность падает. Ветры дуют через юго-западные пустыни, а затем мчатся вниз и на запад к океану.Воздух проходит через каньоны, прорезающие горы Сан-Габриэль и Сан-Бернардино ( Рисунок ниже).

Ветры особенно сильны в каньоне Санта-Ана, в честь которого они названы. Ветры Санта-Ана дуют пыль и дым на запад над Тихим океаном из Южной Калифорнии.

Ветры Санта-Ана часто прибывают в конце долгого летнего засушливого сезона в Калифорнии. Горячий сухой ветер еще больше сушит пейзаж. Если начинается пожар, он может быстро распространиться, вызывая крупномасштабные разрушения (, рис. ниже).

В октябре 2007 года ветры Санта-Ана спровоцировали множество пожаров, в результате которых было сожжено 426 000 акров дикой земли и более 1 500 домов в Южной Калифорнии.

Ветры пустыни

Высокие летние температуры в пустыне создают сильные ветры, которые часто ассоциируются с муссонными штормами. Пустынные ветры собирают пыль, потому что там не так много растений, которые сдерживали бы грязь и песок. ( Рисунок ниже). haboob образуется в нисходящих потоках перед грозой.

Хабуб в столичном районе Феникса, штат Аризона.

Пыльные дьяволы, также называемые вихрями, образуются, когда земля становится настолько горячей, что воздух над ней нагревается и поднимается вверх. Воздух поступает в низкое давление и начинает вращаться. Пыльные черти маленькие и недолговечные, но они могут причинить вред.

Циркуляция атмосферы

Поскольку на экватор попадает больше солнечной энергии, воздух нагревается и образует зону низкого давления. В верхней части тропосферы половина движется к Северному полюсу, а половина — к Южному полюсу.По мере того, как он движется по верхней части тропосферы, он охлаждается. Холодный воздух плотный и, достигнув зоны высокого давления, опускается на землю. Воздух засасывается обратно к низкому давлению на экваторе. Это описывает конвективные ячейки к северу и югу от экватора.

Если бы Земля не вращалась, была бы одна конвекционная ячейка в северном полушарии и одна в южном, с восходящим воздухом на экваторе и опускающимся воздухом на каждом полюсе. Но поскольку планета вращается, ситуация усложняется.Вращение планеты означает, что необходимо учитывать эффект Кориолиса. Эффект Кориолиса был описан в главе «Океаны Земли».

Давайте посмотрим на атмосферную циркуляцию в северном полушарии в результате эффекта Кориолиса (, рис. ниже). Воздух поднимается на экваторе, но по мере продвижения к полюсу в верхней части тропосферы отклоняется вправо. (Помните, что он просто кажется отклоняется вправо, потому что земля под ним движется.) Примерно на 30 ° северной широты воздух с экватора встречает воздух, текущий к экватору с более высоких широт.Этот воздух прохладный, потому что он пришел из более высоких широт. Обе порции воздуха спускаются, создавая зону высокого давления. Оказавшись на земле, воздух возвращается к экватору. Эта конвекционная ячейка называется ячейкой Хэдли и находится между 0 ° и 30 ° северной широты.

Ячейки атмосферной циркуляции, показывающие направление ветра у поверхности Земли.

В Северном полушарии есть еще две конвективные ячейки. Ячейка Феррелла находится между 30 ° и 50–60 ° северной широты. Эта ячейка делит свою южную, нисходящую сторону с ячейкой Хэдли на юге.Его северный восходящий край разделяет полярную ячейку, расположенную между 50 ° и 60 ° северной широты и Северный полюс, куда спускается холодный воздух.

В Южном полушарии есть три ячейки циркуляции зеркальных изображений. В этом полушарии эффект Кориолиса заставляет объекты отклоняться влево.

Ветряные пояса Global

Глобальные ветры дуют поясами, опоясывающими планету. Глобальные ветровые пояса огромны, а ветры относительно устойчивы ( Рисунок ниже). Эти ветры являются результатом движения воздуха в нижней части основных ячеек атмосферной циркуляции, где воздух движется горизонтально от высокого к низкому давлению.

Основные ветровые пояса и направления, в которых они дуют.

Ветряные ремни Global

Давайте посмотрим на глобальные ветровые пояса в Северном полушарии.

  • В камере Хэдли воздух должен двигаться с севера на юг, но Кориолис отклоняет его вправо. Итак, воздух дует с северо-востока на юго-запад. Этот пояс — пассат, названный так потому, что во времена парусных судов они были хороши для торговли.
  • В камере Феррела воздух должен двигаться с юга на север, но на самом деле ветры дуют с юго-запада.Это пояс западных ветров или западных ветров. Как вы думаете, почему перелет через Соединенные Штаты из Сан-Франциско в Нью-Йорк занимает меньше времени, чем обратный рейс?
  • В полярной ячейке ветры дуют с северо-востока и называются полярными восточными.

Ветровые пояса названы в честь направлений, с которых дуют ветры. Например, западные ветры дуют с запада на восток. Эти названия относятся и к ветрам в ветровых поясах Южного полушария.

В этой видеолекции обсуждается трехэлементная модель атмосферной циркуляции и возникающие в результате глобальные ветровые пояса и приземные ветровые течения. (5a) : http://www.youtube.com/watch?v=HWFDKdxK75E (8:45).

Глобальные ветры и осадки

Помимо их влияния на глобальные ветровые пояса, области высокого и низкого давления, создаваемые шестью ячейками атмосферной циркуляции, в целом определяют количество осадков, которые получает регион.В регионах с низким давлением, где воздух поднимается, часто идут дожди. В областях с высоким давлением опускающийся воздух вызывает испарение, и эта область обычно сухая. Более конкретные климатические эффекты будут описаны в главе о климате.

Полярные фронты и реактивные течения

Полярный фронт — это стык между ячейками Феррелла и полярными ячейками. В этой зоне низкого давления относительно теплый влажный воздух ячейки Феррелла сталкивается с относительно холодным и сухим воздухом полярной ячейки. Погода там, где встречаются эти двое, чрезвычайно изменчива, что типично для большей части Северной Америки и Европы.

Полярный реактивный поток находится высоко в атмосфере, где встречаются две ячейки. Реактивный поток — это быстро текущая воздушная река на границе между тропосферой и стратосферой. Струйные потоки образуются там, где существует большая разница температур между двумя воздушными массами. Это объясняет, почему полярная струя является самой мощной в мире (, рис. ниже).

Поперечное сечение атмосферы с основными ячейками циркуляции и струйными потоками.Полярное струйное течение — место чрезвычайно бурной погоды.

Реактивные потоки движутся сезонно, так же как угол Солнца в небе перемещается на север и юг. Полярное струйное течение, известное как «струйное течение», движется на юг зимой и на север летом между 30 ° и 50-75 ° северной широты.

Краткое содержание урока

  • Ветры дуют из зон высокого давления в зоны низкого давления. Зоны давления создаются, когда воздух у земли становится теплее или холоднее, чем воздух поблизости.
  • Местные ветры могут быть обнаружены в горной долине или у побережья.
  • Глобальные ветры — это долгосрочные устойчивые ветры, которые преобладают на большей части планеты.
  • Расположение глобальных ветровых поясов оказывает большое влияние на погоду и климат местности.

Обзорные вопросы

  1. Изобразите конвекционную ячейку в атмосфере. Обозначьте зоны низкого и высокого давления и места, где дует ветер.
  2. При каких обстоятельствах ветер будет очень сильным?
  3. Учитывая то, что вы знаете о конвекционных ячейках глобального масштаба, куда бы вы отправились, если бы вам хотелось испытать теплый обильный дождь?
  4. Опишите атмосферную циркуляцию в двух местах, где вы, вероятно, найдете пустыни, и объясните, почему эти регионы относительно теплые и сухие.
  5. Как можно уменьшить масштабы индийских муссонов? Как повлияет сокращение этих важных муссонов на эту часть мира?
  6. Почему имя «Снежный пожиратель» — подходящее описание ветров чавычи?
  7. Почему из-за эффекта Кориолиса в Северном полушарии кажется, что воздух движется по часовой стрелке? Когда эффект Кориолиса вызывает движение воздуха против часовой стрелки?
  8. Моряки когда-то называли часть океана депрессивной. Это регион, где часто нет ветра, поэтому на судах может быть штиль на несколько дней или даже недель.Как вы думаете, где может быть депрессия относительно ячеек атмосферной циркуляции?
  9. Представьте, что струйный поток расположен южнее, чем обычно летом. Какая погода по сравнению с обычным летом в регионах к северу от струйного течения?
  10. Дайте общее описание того, как образуются ветры.

Дополнительная литература / Дополнительные ссылки

Пункты для рассмотрения

  • Как местные ветры влияют на погоду в районе?
  • Как глобальные ветровые пояса влияют на климат в районе?
  • Каковы основные принципы, регулирующие циркуляцию атмосферы?

Основы приземного озона | Загрязнение озоном на уровне земли

На этой странице:

Что такое «хорошо» vs.»плохой» озон?

Озон — это газ, состоящий из трех атомов кислорода. Озон встречается как в верхних слоях атмосферы Земли, так и на уровне земли. Озон может быть хорошим или плохим, в зависимости от того, где он находится.

Называемый стратосферным озоном, хороший озон естественным образом встречается в верхних слоях атмосферы, где он образует защитный слой, защищающий нас от вредных ультрафиолетовых лучей солнца. Этот полезный озон был частично разрушен химическими веществами, созданными руками человека, в результате чего возникло то, что иногда называют «дырой в озоне».«Хорошая новость в том, что эта дыра уменьшается. Узнайте больше о стратосферном или« хорошем »озоне.

Озон на уровне земли является вредным загрязнителем воздуха из-за его воздействия на людей и окружающую среду, и он является основным ингредиентом «смога». Узнайте больше об источниках выбросов в атмосферу.

Как образуется приземный озон?

Тропосферный или приземный озон не выбрасывается непосредственно в воздух, а создается в результате химических реакций между оксидами азота (NOx) и летучими органическими соединениями (VOC).Это происходит, когда загрязняющие вещества, выбрасываемые автомобилями, электростанциями, промышленными котлами, нефтеперерабатывающими заводами, химическими заводами и другими источниками, вступают в химическую реакцию в присутствии солнечного света.

Озон, скорее всего, достигнет нездорового уровня в жаркие солнечные дни в городских условиях, но все же может достигать высоких уровней в более холодные месяцы. Озон также может переноситься ветром на большие расстояния, поэтому даже в сельских районах могут наблюдаться высокие уровни озона.

Начало страницы

Каковы вредные эффекты озона?

Какое воздействие на здоровье оказывает озон?

Озон в воздухе, которым мы дышим, может нанести вред нашему здоровью, особенно в жаркие солнечные дни, когда уровень озона может достигать нездорового уровня.К людям, подвергающимся наибольшему риску вреда от вдыхания воздуха, содержащего озон, относятся люди, страдающие астмой. Узнайте больше о влиянии на здоровье.

Какое влияние оказывает озон на окружающую среду?

Повышенное воздействие озона может повлиять на чувствительную растительность и экосистемы, включая леса, парки, заповедники и дикие зоны. В частности, озон может нанести вред чувствительной растительности в период вегетации. Узнайте больше о том, как озон вредит экосистемам.

Каков уровень озона в моем районе?

Прогнозы качества воздуха часто даются вместе с прогнозами погоды на портативных устройствах, в Интернете, в газетах или на телевидении.Вы можете проверять уровни озона и другую ежедневную информацию о качестве воздуха на сайте www.airnow.gov, а во многих регионах вы можете получать уведомления о качестве воздуха на сайте www.enviroflash.info.

Что я могу сделать, чтобы уменьшить озон?

Каждый из нас может предпринять действия, чтобы уменьшить загрязнение воздуха и сохранить его более чистым, а также меры предосторожности, которые вы можете предпринять для защиты своего здоровья. Посетите AIRNow, чтобы узнать, что вы можете сделать.

Начало страницы

Что делается для уменьшения загрязнения озоном?

Как контролируется загрязнение озоном?

Озон — один из шести распространенных загрязнителей воздуха, определенных в Законе о чистом воздухе.EPA называет эти критерии «загрязнителями воздуха», потому что их уровни в наружном воздухе должны быть ограничены на основе критериев здоровья.

Существуют национальные стандарты качества атмосферного воздуха (NAAQS) для каждого из критериев загрязнителей. Эти стандарты применяются к концентрации загрязняющих веществ в наружном воздухе. Узнайте больше о критериях загрязнителей воздуха и NAAQS.

После работы со штатами и племенами и рассмотрения информации, полученной от мониторов качества воздуха, EPA «определяет» область как достижение или недостижение национальных стандартов качества окружающего воздуха.Если качество воздуха в географической зоне соответствует или лучше, чем национальный стандарт, это называется зоной достижений; области, не соответствующие национальному стандарту, называются областями недостижения. Узнайте больше об обозначениях качества воздуха для озона.

Чтобы улучшить качество воздуха, штаты должны разработать план, известный как план внедрения на уровне штата (SIP), чтобы улучшить качество воздуха в районах, не охваченных программой. В плане изложены меры, которые государство примет для улучшения качества воздуха.Как только зона, не связанная с обучением, будет соответствовать стандартам, EPA определит эту зону как «зону обслуживания».

Какие правила или нормы помогают уменьшить загрязнение озоном?

Национальные и региональные правила Агентства по охране окружающей среды

по сокращению выбросов загрязняющих веществ, образующих приземный озон, помогут правительствам штатов и местным властям соответствовать национальным стандартам качества воздуха Агентства. Действия включают стандарты транспортных средств и транспорта, региональные правила непрозрачности и видимости, а также регулярные проверки NAAQS. Узнайте больше о стандартах озона.

Начало страницы

FAQ Химия и физика воздуха

Что такое воздух?

Воздух — это не что иное, как смесь различных газов. Воздух в атмосфере состоит из азота, кислорода, который поддерживает жизнь животных и людей, двуокиси углерода, водяного пара и небольших количеств других элементов (аргона, неона и т. Д.). Выше атмосферы воздух также содержит озон, гелий и водород. Люди могут ясно заметить присутствие воздуха только тогда, когда дует ветер.

Из чего состоит воздух?

Воздух, которым мы дышим, состоит в основном из следующих газов:

Азот (N 2 )

78%

Кислород (O 2 )

20%

Благородные газы

1%

Углекислый газ1 (CO 2

%

Водяной пар (H 2 O)

0,97%

Количество воды в воздухе сильно различается.Когда в воздухе присутствует большое количество воды, другие элементы присутствуют в меньших количествах. Количество воды в воздухе может увеличиваться до 4%. Самый низкий процент воды в воздухе — 0,5%. Вода сжимает присутствующие газы ближе друг к другу, так что они могут занимать достаточно места.
Когда количество воды в воздухе очень мало, воздух называют «сухим». Вес 22,4 дм3 3 сухого воздуха составляет 28,96 грамма. Когда в воздухе содержится достаточное количество воды, он называется влажным. Влажный воздух легче (менее плотный), чем сухой.

Помимо элементов, которые были суммированы ранее, в воздухе присутствуют и другие элементы. Однако процентное содержание этих элементов очень низкое. Аэрозоли можно найти в воздухе. Это частицы пыли, которые сдуваются с поверхности земли ветром или выбрасываются во время вулканической активности. Когда происходят процессы горения, в воздухе также попадают пепел и частицы сажи.

Состав воздуха сильно меняется с высотой. На высоте более девяноста километров над земной поверхностью молекулы кислорода распадаются, и остаются только атомы кислорода.Молекулы азота также разлагаются на высоте более ста километров над земной поверхностью. На этой высоте воздух не имеет известного нам состава. Там совсем другая атмосфера.

Что такое газы?

Все химические элементы могут находиться в нескольких различных состояниях (фазах). Одна из этих фаз — газовая фаза. Элемент может быть не только газообразным, но и твердым или жидким. Воду называют льдом, когда она твердая, она влажная, когда она жидкая, а когда она газообразная, она существует просто в виде газа или пара.
При повышении температуры молекулы вещества разделяются, в результате чего вещество становится газообразным и менее видимым. Это изменение фазы делает воздух невидимым.
Когда температура падает, молекулы воздуха сближаются, и вещество в конечном итоге становится твердым. Температуры, при которых происходит каждое «фазовое превращение», различаются для каждого вещества.

Где на земле мы находим воздух?

Мы можем утверждать, что воздух можно найти везде на земле, кроме воды.Воздух находится даже в приземном слое земли; в почве.
Воздух находится не только на Земле, но и вокруг Земли в воздушном слое, называемом атмосферой. Атмосферу можно разделить на отдельные слои в зависимости от температуры и высоты. Эти линии четко не разделены прямыми границами; они постепенно переполняют друг друга.

Первый слой воздуха, который расположен ближе всего к Земле, называется тропосферой. Высота этого слоя 11 километров.При движении вверх по тропосфере температура падает на шесть-семь градусов на километр. Следовательно, погода на Земле в основном определяется условиями тропосферы.
Верхний слой тропосферы называется тропопаузой. Рядом с Антарктикой слой тропопаузы расположен на высоте восьми-десяти километров над землей. Однако на экваторе слой тропопаузы расположен на высоте от семнадцати до восемнадцати километров над землей.

Второй слой воздуха над тропосферой называется стратосферой.В нижней части этого слоя температура перестает снижаться. Температура здесь около -55 градусов по Цельсию.
В более высоких слоях стратосферы температура поднимается до нуля градусов по Цельсию на высоте сорока семи километров над Землей.
В стратосфере солнечная радиация создает озон (O 3 ) из кислорода (O 2 ) на высоте от двадцати до сорока километров над земной поверхностью. Эта реакция приводит к тому, что эту часть стратосферы называют «озоновой сферой». Верхняя часть стратосферы называется стратопаузой.

Третий слой воздуха называется мезосферой. Этот слой находится на высоте более пятидесяти двух километров над поверхностью земли. Верхняя часть мезосферы называется мезопаузой. В мезосфере температуры снова снижаются. Температура в мезосфере составляет около -90 градусов по Цельсию.

Четвертый слой воздуха, термосфера, расположен на высоте более девяноста километров над землей. В этом слое резко повышается температура, в результате чего максимальная температура превышает тысячу градусов по Цельсию.Плотность воздуха в этом слое очень мала, поэтому силы между молекулами практически исчезают.
Самые легкие молекулы могут покинуть самый нижний слой термосферы, экзосферу. Экзосфера не имеет четкой границы, потому что уходит в космос.

Самые нижние девяносто километров атмосферы часто называют полушарием, потому что состав воздуха довольно постоянен. Весь воздух над этим слоем называется гидросферой, потому что воздух в этой области имеет совсем другой состав.

Какие типы воздуха бывают?

Когда большое количество воздуха имеет одинаковую влажность и температуру, он считается отдельным типом воздуха. Воздушный тип должен покрывать горизонтальный участок в тысячу километров. Высота воздушного типа может варьироваться от ста метров до покрытия всей тропосферы.
Воздушный тип образуется, когда воздушная масса циркулирует от трех до девяти дней в области, которая полностью расположена над сушей или морем и где не дует ветер.В этой области воздушная масса приобретает свои специфические свойства. Над сушей это могут быть пустыни или саванны.
Как только воздух покидает область, его специфические свойства постепенно исчезают и в конечном итоге полностью исчезают.
Типы воздуха, получившие свои особые свойства в области над морем, намного более влажны, чем типы воздуха, получившие особые свойства над сушей. Типы воздуха, которые образуются над океанами, называются морскими типами воздуха. Типы воздуха, которые образуются над сушей, называются континентальными воздушными типами.

Мы можем выделить четыре отдельных основных типа воздуха, которые можно разделить на морской и континентальный:
1. Экваториальный воздух. Температура составляет от 25 до 30 градусов по Цельсию, а содержание влаги в нем высокое.
2. Тропический воздух. Морской тропический воздух имеет высокое содержание влаги и температуру около 25 градусов по Цельсию. Континентальный тропический воздух имеет низкую влажность и температуру более 50 градусов по Цельсию.
3. Полярный воздух. Морской полярный воздух всегда влажный и относительно жаркий зимой и холодный летом.Континентальный полярный воздух очень сухой и холодный зимой. Температура может опускаться ниже -50 градусов по Цельсию. Летом такой воздух теплый, но при этом очень сухой.
4. Арктический воздух. Этот воздух очень холодный. Морской арктический воздух зимой теплее, чем континентальный арктический воздух.

Что такое ветер?

Ветер — это в основном движущийся воздух. Воздух движется в результате различных видов давления воздуха на землю. Направление ветра и сила ветра могут сильно различаться. Силу ветра часто называют сторонами света.
Сила ветра выражается числом, называемым числом Бофорта, по шкале Бофорта. Сила ветра всегда определяется на высоте десяти метров над землей.

Описание скорости ветра по шкале Бофорта

9 9381 9055

Номер

Описание

Скорость ветра
(метры в секунду)

Безветренный

<1

1

Слабый ветер

1-3

2

2

9

4-6

3

Умеренный ветер

7-10

4

 9038 90381 Умеренный ветер 908-16 9008

5

Довольно сильный ветер

17-21

6

Сильный ветер

22-27

9038

22-27

9038

Сильный ветер

28-33

8

Бурный ветер

34-40

9005

41-47

10

Сильный шторм

48-55

11

очень сильный шторм 63

12

Ураган

> 63

Проще говоря, ветер существует потому, что солнечная радиация нагревает землю.Тепло и горячий воздух поднимаются, вызывая движение воздуха в атмосфере. Это движение известно как ветер. Во время этого движения воздуха теплый воздух переносится от экватора к полюсам, а холодный — обратно к экватору. Этот эффект заставляет экватор остывать, а полюса слегка нагреваться, чтобы предотвратить экстремальные температуры. Помимо ветра, океаны также способствуют распространению тепла.
Воздух не движется напрямую от экватора к полюсам и обратно, как можно было бы ожидать. Вращательные движения земли влияют на направление ветра.Следовательно, ветер, дующий с экватора на Северный полюс, немного поворачивает на восток. Ветер, дующий с экватора на Южный полюс, немного поворачивает на запад. Ветер всегда вызывается по направлению, откуда он приходит. Ветер от экватора до Северного полюса называется западным ветром. Горячий воздух, который дует от экватора к полюсам, по пути остывает.

На 30 ° ° северной и южной широты воздух падает обратно на поверхность земли. Не весь воздух будет оттуда уноситься обратно к экватору.

Ветер дует по кругу, называемому ячейкой. На Земле мы можем различать три типа ячеек:
— Ячейка Хэдли — это ячейка между экватором и 30 o северной и южной широты. Ветер в этой ячейке, расположенной у поверхности земли, называется пассатом.
— Ячейка Феррелла расположена между 30 o и 60 o северной и южной широты. Зимой в этой камере сильнее дует ветер. На границе 30 o широты ветер дует в сторону полюсов.На широте 60 o воздух поднимается, и ветер дует обратно до границы 30 o широты. Не весь ветер дует обратно, часть ветра из ячейки Феррелла принимается в полюсную ячейку.
— Полярная ячейка расположена на полюсах до 60 o северной и южной широты. На широте 60 90 461 o 90 462 воздух поднимается, но над полюсами воздух опускается. Ветры в Полярной ячейке обычно холодные и сухие.

Это только впечатление о том, как дует ветер на земле.Земля состоит не только из воды, но и из земли. Земля влияет на направление ветра. Это приводит к тому, что ветер может дуть в другом направлении в отдельных регионах.

Что такое давление воздуха?

Воздух воздействует на объекты определенной силой, называемой давлением воздуха. Весь воздух, находящийся в атмосфере, давит на землю в результате силы магнитного притяжения Земли. Давление воздуха применяется к каждому объекту и форме жизни на Земле, например, к столам, крышам и домам, а также к людям, животным и растениям.Вы не заметите этого давления воздуха, потому что внутри вашего тела есть сила, которая создает такое же сильное давление на воздух вокруг вас. Под столом давление равно давлению на стол, в противном случае он бы сразу рухнул.
Давление воздуха определяется как давление, которое общий вес столба воздуха оказывает на кусок земли площадью один квадратный метр (1 м 2 ). Единица давления — Паскаль (Па).
Самое высокое давление воздуха находится в нижней части атмосферы, прямо над землей.Выше в атмосфере давление воздуха снижается. На Земле вы испытываете давление большого количества частиц воздуха; выше в воздухе меньше частиц, которые оказывают на вас давление.
Среднее давление воздуха на Земле составляет 1013 гПа. Это не точное число, поэтому оно может немного отличаться. Люди этого не заметят, потому что их тела приспосабливаются к новому давлению воздуха. Однако некоторые люди более чувствительны к изменениям давления воздуха. У таких людей изменение атмосферного давления может вызвать мигрень.



Вернуться к FAQ Индекс воздуха

Если у вас есть другие вопросы, касающиеся воздуха и обработки воздуха, обращайтесь к нам!

Индекс качества воздуха | Американская ассоциация легких

Использование информации о качестве воздуха для защиты от загрязнения наружного воздуха

Что такое индекс качества воздуха?

Вы когда-нибудь слышали, чтобы в вашем местном прогнозе погоды говорилось, что завтра будет «оранжевый» день для загрязнения воздуха? Это индекс качества воздуха в действии.Индекс качества воздуха или AQI — это система, используемая для предупреждения населения об опасном загрязнении воздуха. AQI отслеживает озон (смог) и загрязнение частицами (крошечные частицы пепла, электростанций и заводов, выхлопные газы автомобилей, почвенную пыль, пыльцу и другие загрязнения), а также четыре других широко распространенных загрязнителя воздуха. Газеты, радио, телевидение и веб-сайты сообщают об уровнях AQI круглый год. Отслеживание текущей информации о качестве воздуха может помочь вам принять меры для защиты себя, детей и других людей от нездорового уровня загрязнения воздуха.

Почему мне следует обращать внимание на индекс качества воздуха?

Загрязнение воздуха может нанести вред кому угодно, но оно может быть действительно опасным для многих людей, включая детей и подростков, людей с астмой и другими заболеваниями легких, людей старше 65 лет, всех, кто занимается спортом или работает на открытом воздухе, или страдает диабетом или сердечно-сосудистыми заболеваниями, такими как высокое кровяное давление, инфаркт или инсульт. Даже здоровые взрослые, которые занимаются спортом или работают на открытом воздухе, могут пострадать. Изменение того, что вы делаете в эти плохие дни, может снизить риск причинения вреда.

Как работает индекс качества воздуха?

В более чем 800 округах страны уровни загрязнения воздуха измеряются ежедневно и оцениваются по шкале от 0 для идеального воздуха вплоть до 500 для уровней загрязнения воздуха, представляющих непосредственную опасность для населения. Кроме того, AQI разбивает уровни загрязнения воздуха на пять категорий, каждая из которых имеет название, связанный с ней цвет и рекомендации по использованию.

Что вы можете сделать, чтобы защитить себя и свою семью?

  • Не думайте, что вы в безопасности только потому, что вы здоровы.Загрязнение воздуха может угрожать здоровью человека. Знайте, как вы себя чувствуете в дни с высоким уровнем загрязнения, и примите меры, чтобы защитить себя.
  • Вы или кто-то из членов вашей семьи подвергаетесь повышенному риску загрязнения воздуха? Дети и подростки, пожилые люди, люди с проблемами дыхания, включая астму, люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями или диабетом, а также взрослые, которые активны на открытом воздухе, в том числе работники на открытом воздухе и здоровые люди, занимающиеся спортом, — все они подвергаются более высокому риску. Они первыми ощущают воздействие озона и загрязнения твердыми частицами, и им нужно принимать дополнительные меры, чтобы защитить себя от вреда.
  • Если дневной уровень оранжевый или хуже, скорректируйте свои планы на день. Избегайте длительной активной деятельности на открытом воздухе. Последствия загрязнения для здоровья усугубляются при длительном воздействии и из-за глубокого учащенного дыхания, которое сопровождает физические упражнения. Держитесь подальше от мест с интенсивным движением транспорта и не занимайтесь рядом с ними.
  • За здоровый воздух. Сообщите местным властям, что вас беспокоит влияние загрязнения воздуха на ваше здоровье, и что вы поддерживаете более строгие меры по борьбе с загрязнением.

Как найти информацию о качестве воздуха?

  • Ежедневные прогнозы загрязнения воздуха в вашем районе можно найти на местном радио и телевидении, в сводках погоды, в газетах и ​​на сайте Airnow.gov.
  • Если прогнозы качества воздуха недоступны в вашем районе, позвоните в местные СМИ и сообщите им, что вы хотели бы, чтобы они предложили эту важную услугу общественного здравоохранения.
  • Государственные и местные агентства по контролю за загрязнением воздуха собирают данные о качестве воздуха и сообщают AQI. Вы можете позвонить или отправить им электронное письмо для получения актуальной информации, если она не доступна через СМИ.Справочник доступен в Национальной ассоциации агентств по чистому воздуху, их национальной членской ассоциации, на сайте 4cleanair.org. Некоторые предлагают прогнозы качества воздуха по электронной почте или в текстовом сообщении.
  • EPA выпускает круглогодичные прогнозы AQI для большей части страны, включая карты, которые показывают, как уровни загрязнения меняются и меняются в течение дня. Это информация в режиме реального времени, поэтому вы можете видеть текущее качество наружного воздуха. Карты доступны на Airnow.gov.

Адиабатическая атмосфера

Адиабатическая атмосфера
Далее: Тепловые двигатели Up: Классическая термодинамика Предыдущий: Изотермическая атмосфера Конечно, мы знаем, что атмосфера не изотермическая.На самом деле воздух температура падает довольно заметно с увеличение высоты. На горнолыжных курортах вам говорят: ожидайте, что температура упадет примерно на 1 градус на каждые 100 метров вверх. Многие люди не могут понять почему атмосфера становится холоднее, чем выше ты поднимаешься. Они считают, что на больших высотах ближе к Солнцу, они должны быть горячее. На самом деле объяснение вполне просто. Это зависит от трех важных свойств воздуха. Первый важный свойство состоит в том, что воздух прозрачен для большинства, но далеко не для всех электромагнитный спектр.В частности, большая часть инфракрасного излучения, которое переносит тепло энергия проходит через нижние слои атмосферы и нагревает землю. В другом Словом, нижняя атмосфера нагревается снизу, а не сверху. В второй важный Свойство воздуха в том, что он постоянно находится в движении. Фактически, нижние 20 километров атмосферы (так называемая тропосфера ) достаточно тщательно перемешаны. Вы можете подумать, что это будет означать, что атмосфера изотермический. Однако это не так из-за последнее важное собственно воздуха: i.е. , это очень плохой проводник тепла. Конечно, поэтому шерстяные свитера работают: они задерживают слой воздуха близко к тело, и поскольку воздух является таким плохим проводником тепла, вы остаетесь в тепле.

Представьте себе пакет воздуха, который кружится в атмосфере. Мы будем ожидайте, что он всегда будет находиться под тем же давлением, что и его окружение, иначе он будет механически нестабильным. Также вероятно, что пакет перемещается слишком быстро, чтобы эффективно обмениваться теплом с окружающей средой, так как воздух — очень плохой проводник тепла, и, следовательно, тепловой поток медленный процесс.Так, В первом приближении воздух в пакете адиабатический . В устойчивой атмосфере мы ожидаем, что по мере движения пакета вверх расширяется за счет пониженного давления и адиабатически охлаждает, его температура всегда остается таким же, как и его ближайшее окружение. Это означает, что мы можно использовать закон адиабатического газа для характеристики охлаждения атмосфера с увеличением высоты. В этом конкретном случае наиболее полезным проявлением адиабатического закона является

(329)

давая
(330)

Комбинируя указанное выше соотношение с уравнением гидростатического равновесия, (326), получаем
(331)

или же
(332)

Теперь соотношение удельной теплоты воздуха (которое эффективно двухатомный газ) составляет около 1.4 (см. Табл. 2). Следовательно, мы можем вычислить, исходя из приведенное выше выражение, что температура атмосферы уменьшается с увеличением увеличение высоты с постоянной скоростью в градусах Цельсия на километр. Это значение называется адиабатическим градиентом атмосферы. Наш расчет хорошо согласуется с Практическое правило, используемое на горнолыжных курортах: « на 100 метров выше градус холода ». Основная причина, по которой воздух холоднее на больших высотах, заключается в что он расширяется по мере того, как его давление уменьшается с высотой. Следовательно, он работает на окружающую среду, не поглощая тепла (из-за низкого теплового проводимость), поэтому его внутренняя энергия и, следовательно, его температура снижается.

Согласно вычисленному выше адиабатическому градиенту, температура воздуха на крейсерская высота авиалайнеров (футов) должна быть около по Цельсию (при условии, что температура на уровне моря составляет Цельсия). На самом деле это несколько заниженная оценка. Более реалистичное значение — около по Цельсию. Объяснение этому несоответствие — наличие водяной пар в атмосфере. Когда воздух поднимается, расширяется и охлаждается, вода пар конденсируется, выделяя скрытое тепло, которое предотвращает повышение температуры от падения с высотой так быстро, как показывает адиабатический градиент.Фактически, в тропиках, где влажность очень высока, скорость падения атмосфера (, т.е. , скорость снижения температуры с высотой) значительно меньше адиабатического значения. Адиабатический погрешность наблюдается только при низкой влажности. Так бывает в пустынях, в Арктике (где водяной пар вымораживается из атмосферы), и, конечно же, на горнолыжных курортах.

Предположим, что градиент атмосферы отличается от адиабатического значения.Давайте проигнорируем сложность водяного пара и предположим, что атмосфера сухой. Представьте пакет воздуха, который движется немного вверх. от его равновесной высоты. Температура пакета будет уменьшаются с высотой в соответствии с адиабатическим градиентом скорости, потому что его расширение адиабатическое. Мы предполагаем, что пакет всегда выдерживает давление баланс со своим окружением. Отсюда следует, что поскольку , согласно закону идеального газа, то

(333)

Если атмосферный градиент меньше адиабатического значения, тогда подразумевая, что .Таким образом, пакет будет плотнее, чем его непосредственный окружающая среда и, следовательно, будет иметь тенденцию возвращаться к своей первоначальной высоте. Ясно, что атмосфера, градиент которой меньше адиабатического значения, есть стабильный . С другой стороны, если атмосферный градиент превышает адиабатический значение тогда, немного приподнявшись, пакет будет менее плотным, чем его ближайшее окружение, и, следовательно, продолжают расти из-за эффектов плавучести. Ясно, что атмосфера с большей погрешностью чем адиабатическое значение нестабильно .Этот эффект имеет большое значение в метеорологии. Нормальное стабильное состояние атмосферы — для кратковременной погрешности. быть немного меньше чем адиабатическое значение. Однако время от времени погрешность превышает адиабатическое значение, и это всегда связано с крайне нарушенные погодные условия.

Рассмотрим профили температуры, давления и плотности в адиабатическая атмосфера. Мы можем напрямую интегрировать уравнение. (332) на дайте

(334)

где — температура на уровне земли, а
(335)

— изотермическая масштабная высота, рассчитанная с использованием этой температуры.В профиль давления легко рассчитывается из адиабатического газового закона постоянный, или . Это следует, что
(336)

Рассмотрим предел . В этом пределе уравнение. (334) дает независимо от высоты (, т.е. , атмосфера становится изотермической). Мы можем оценить Уравнение (336) в пределе в виде используя математическое тождество
(337)

Мы получаем
(338)

что, что неудивительно, является прогнозируемым изменением давления в изотермической атмосфере.В реальности, соотношение удельных теплоемкостей атмосферы не единица, а около 1,4 (, то есть , соотношение для двухатомных газов), что означает, что в реальной атмосфере
(339)

Фактически, эта формула дает очень похожие результаты на экспоненциальную формулу: Уравнение (338), для высот ниже одной шкалы высоты (, т.е. ,). Для высоты выше одной шкалы-высоты, экспоненциальная формула имеет тенденцию предсказывать слишком низкую давление.Таким образом, в адиабатической атмосфере давление спадает медленнее. с высотой, чем в изотермической атмосфере, но этот эффект только реально заметно при давлениях значительно ниже одной атмосферы. Фактически изотермический формула — довольно хорошее приближение ниже высоты около 10 километров. С , изменение плотности с высотой имеет вид
(340)

где — плотность на уровне земли.Таким образом, плотность падает быстрее с высотой, чем температура, но медленнее, чем давление.

Обратите внимание, что адиабатическая атмосфера имеет резкую верхнюю границу. Выше высоты температура, давление и плотность равны все нули: т.е. , атмосферы нет. Для настоящего воздуха, с километров. Это поведение совсем другое к изотермической атмосфере, имеющей диффузную верхнюю границу. В реальности, у атмосферы нет резкой верхней границы.Закон адиабатического газа не применяется выше примерно 20 километров (, т.е. , в стратосфере ), потому что на этих высотах воздух больше не сильно перемешан. Таким образом, в стратосфере давление экспоненциально падает с увеличением высоты.

В заключение, мы продемонстрировали, что температура нижних слоев атмосферы должен упасть приблизительно линейно с увеличением высоты над уровнем земли, в то время как давление должно падать гораздо быстрее, чем это, а плотность должна отваливаются с некоторой средней скоростью.Мы также показали, что Скорость падения температуры должна быть около Цельсия на километр. на сухом воздухе, но несколько меньше во влажном воздухе. Фактически, все эти прогнозы более или менее правильны. Удивительно, что такие точные прогнозы могут можно получить из двух простых законов, постоянной для изотермического газа и постоянная для адиабатического газа.


Далее: Тепловые двигатели Up: Классическая термодинамика Предыдущий: Изотермическая атмосфера
Ричард Фицпатрик 2006-02-02

Атмосфера и погода

Воздух окружает Землю и простирается примерно на 1000 миль, постепенно уходя в космос в этой точке.Она называется атмосферой . Чем дальше от земли, тем меньше воздух становится. У него нет ни цвета, ни запаха и никакого вкуса, но на самом деле это несколько газов, смешанных вместе. Вы не можете этого видеть, все же это так же реально, как земля и вода. Атмосфера на 78 процентов состоит из азота и 21 процент кислорода . Остающийся 1% состоит из небольшого количества аргон и другие газы.

Атмосфера разделена на несколько слоев с помощью Тропосфера является нижним уровнем.Он простирается примерно до восьми миль или 42000 ноги. Это регион с наиболее погодными условиями. Stratosphere простирается примерно до 25 миль. Это стабильная зона с минимальными температурами и небольшими изменениями. Мезосфера простирается примерно на 50 миль, а термосфера простирается до порог космоса.

Тропосфера представляет интерес, потому что это область, где чаще всего бывает погода. Самые быстрые изменения в температура тоже имеет место. Эта изменяющаяся температура позволяет и вертикальное движение и результирующее перемешивание.Следовательно, это обычно смешанный, иногда турбулентный слой. Практически все тучи, грозы и прочее здесь происходят изменения, влияющие на пожар. Горизонтальные ветры обычно усиливаются с высота в этом слое.

Кроме азота и кислорода: водяной пар, пыль, частицы соли, дым, пыльца и различные промышленные загрязнители часто находится на нижнем уровне. Твердые частицы влияют на видимость и действуют как ядра водяного пара для образования капель воды.

Атмосферная влажность

Вода всегда присутствует в нижних слоях атмосферы в одном или больше его трех состояний.Может существовать как газ (водяной пар), как жидкость. (дождь, роса или облака) или в виде твердого вещества (снег, град, иней или ледяные кристаллы). В количество варьируется от почти нуля до 4 или 5 процентов по весу. Вода имеет свойство действовать как независимый газ. Молекулы влаги свободно плавают среди молекулы азота и кислорода. Он хранит огромное количество энергии, полученной в испарение и имеет глубокий влияние на погодные процессы. Без него не было бы ни облаков, ни дождь.

Количество влаги в атмосфере сильно различается.Когда атмосфера теплая, она может удерживать больше водяного пара, чем когда она холодная. Родственник влажность — это мера количества воды в воздухе по сравнению с количество, которое он мог удерживать при этой температуре. Влияет на количество воды в топливо как и в воздухе. При высокой относительной влажности топливо впитывает влага; при низком уровне топливо теряет влагу. Когда относительная влажность достигает 100%, влага в воздухе начинает конденсироваться. Температура в этот момент равна назвали точкой росы .Дальнейшее охлаждение заставляет часть пара конденсируются в жидкие капли, образующие облака, туман или росу. Если капельки продолжают развиваться, со временем они сформируют дождь. В Чем ближе точка росы к температуре, тем выше относительная влажность. Относительная влажность обычно увеличивается с высотой над нормальными поверхностями. Может быстро измениться от одного часа к следующему.

Относительная влажность лучший индикатор поведения при пожаре, чем точка росы. Большинство средств массовой информации теперь включайте относительную влажность как часть погоды.

АБСОЛЮТНАЯ ВЛАЖНОСТЬ : Весовое количество влаги в Атмосфера.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ : отношение количества влаги в воздухе при определенной температура к общему количеству, которое атмосфера может удерживать при этом температура.

ТОЧКА РОСЫ : Температура, при которой текущий воздух становится насыщенным.

Атмосфера тоже имеет вес. На внешних границах он имеет практически нет веса. На поверхности воздух над ним сжимает атмосферу.На уровне моря среднее давление на квадратный дюйм составляет 14,7 фунта. Тело построено для выдерживают этот вес (давление) и это не заметно. Это считается нормальное давление и обозначается как Стандартное атмосферное давление . Столбик ртути — стандартный метод измерения давления. На море уровень это 29,92 дюйма.

Однако фактическое давление может отличаться. При низком давлении В системах высокого давления он будет ниже, а в системах высокого давления — выше. В давление также уменьшается с высотой, пока не достигнет порога космоса — это нуль.Более распространенной единицей измерения давления, используемой в метеорологии, является миллибар (мб). Показание барометра 29,92 дюйма ртутного столба эквивалентно 1013,25 мб.

Что такое энергия? Энергия — это просто способность выполнять работу. Почти вся энергия напрямую или косвенно поступает от солнца. Не может быть создан или уничтожен. Однако он может трансформироваться из одной формы в другую. Наиболее распространенные формы энергии: тепловая, лучистая, механическая, химическая и электрические. Например, когда молния вызывает лесной пожар, электрическая энергия преобразован в тепловую энергию.

Огромное количество энергии непрерывно подается в атмосферу, приводя ее в движение и создавая погоду. Их общий источник лучистая энергия солнца. Поглощение этой энергии нагревает поверхность земли, и тепло передается между поверхностью земли и нижним слоем земли. Атмосфера.

Излучение есть процесс, посредством которого Земля получает тепловую энергию от Солнца, около 93 в миллионах миль отсюда. Интенсивность солнечного излучения, полученного на внешнем пределы земной атмосферы относительно постоянны.Однако сумма достижение земной поверхности сильно варьируется в зависимости от облачности и угла, под которым она ударяется о землю. Некоторый солнечная энергия отражается от облаков обратно в космос. Небольшие суммы рассеивается твердыми частицами. Солнечное излучение, достигающее земли, согревает поверхность. Большая часть поглощается, а затем отражается обратно в виде длинных волн. излучение, которое поглощается водяным паром в атмосфере. Большой количество также используется для испарения поверхностной влаги и передается в атмосферу в виде скрытого тепла.

Поверхность Земли нагревается непосредственно излучением от солнце. Темные поверхности (например, обожженные участки) обычно поглощают больше излучения, чем световые поверхности, и станет более горячим. Светлые поверхности будут отражать больше тепла. Атмосфера, в свою очередь, нагревается косвенно за счет проводимость и конвекция тепла и длинноволнового излучения от земли поверхность.

Таким образом, температура на поверхности выше, чем она есть. в атмосфере и температура в атмосфере обычно снижает выше вы идете.

Использование дворового термометра в солнечный день. Поставьте вертикально на землю в солнце. Примерно через пять минут проверьте температуру

затем снова через десять минут. (Если температура окружающей среды (тени) перед запуском находится в восьмидесятых или выше, следите за температурой, так как она может быстро подняться и «застрять» вне.)

Отметив температуру, поместите термометр на пять-шесть футов выше землю в том же положении и проверьте, не упадет ли температура после такой же отрезок времени.Снова повторите процесс на высоте 10-12 футов над уровнем моря. земля. Вы также заметите, что температура в тени намного ниже то что это на солнышке.

Вода довольно прозрачна для поступающей радиации и будет глубоко проникают в воду, распределяя тепло по большему объему. В твердых материалах тепло концентрируется в неглубоком слое. Это особенно верно в отношении древесины и почвы, так как они плохие проводники тепла. Это причина того, что поверхности земли будут теплее, чем вода днем.

Сумма излучение (тепло), получаемое в любой заданной области, зависит от угла, под которым солнечные лучи падают на землю. Нагревание начинается, как только падают солнечные лучи земля утром. Количество нагрева будет увеличиваться, пока солнце не сядет. над головой, а затем снова уменьшается почти до нуля на закате. Ночью нет получается заметное излучение, и поверхность быстро охлаждается, так как тепло концентрируется на поверхности. Времена года также результат солнечных лучей, падающих на землю под разными углами из-за к наклону земли. Этот температурный цикл является источником суточного цикла погоды.

Когда твердые тела и жидкости нагреваются, их температура увеличивается, их молекулярная активность увеличивается, и они расширяются. Они сжимаются как температура падает. Реакция газа имеет тенденцию быть более сложной. Изменение по температуре может изменить либо объем, либо давление газа — либо и то, и другое. Если газ ограничен, давление увеличивается (Исх. автомобильная шина или скороварка). Если давление остается прежним, громкость увеличивается (Исх.воздушный шар). Изменение тоже много больше для газов. Следовательно, изменение температуры вызовет значительные изменения плотности. Когда газ расширяется и плотность уменьшается, он должен выполнять работу в процессе и поэтому расходуют часть своей внутренней энергии. Это в свою очередь, понижает его температуру. Таким образом, расширение — это, по сути, процесс охлаждения и сжатие — это процесс нагрева.

Изменения состояния

Для изменения твердых тел (льда) требуется большое количество энергии в жидкость (воду) и преобразовать жидкость в газ (водяной пар). Тепло, необходимое для преобразования фунта льда в жидкость при 32 градусах, составляет 144 т.у. Это называется сердцем слияния. Чтобы изменить этот фунт воды в газ (водяной пар) требуется 972 b.t.u.! Это известно как жар испарение.

Когда это обратный процесс (водяной пар в воду и вода в лед), огромные количества энергии выбрасывается в атмосферу. Это происходит, когда облака и лед формируется в атмосфере.

Водяной пар в атмосфере поступает из трех источников: Испарение из водоема (или влажной поверхности), испарение из почвы и транспирация с растений.

Океаны — главный источник атмосферного влаги, поскольку они покрывают более трех четвертей поверхности земли, но другие источники могут быть важны на местном уровне. Растения имеют большую поверхность листьев для транспирации. Площадь густой растительности может составлять до восьми раз больше. примерно равной площади голой земли. Количество испарения или транспирации будет варьироваться в зависимости от количества воздуха, скорости роста и т. Д. температура и т. д. Ветер увеличивает испарение, сдувая влажный воздух и заменив его осушающим воздухом.

Атмосферная стабильность

Мы уже изучили два основных концепции, необходимые для понимания атмосферной стабильности:

* Давление в атмосфере падает с высотой.

* температура посылки воздуха понижается по мере ее расширения.

Поверхности суши и воды теплые и прохладные разные скорости из-за их различных свойств теплопередачи. Этот дифференциальный нагрев вызывает перепады давления, которые, в свою очередь, вызывают движение воздуха в попытке восстановить равновесие.Суммарные различия в температура и давление создают широкие области высокого и низкого давления. Воздух стремится тонуть в областях с высоким давлением, течет в области с низким давлением на поверхности, и затем поднимается в областях с низким давлением, вызывая вертикальное движение. поднимающийся воздух расширяется по мере того, как поднимается, и теряется тепло.

Понимание атмосферного стабильность важна для прогнозирования того, как дым от предписанного ожога будет выплатить и куда он может пойти.

Воздушные массы и фронты

Воздушная масса — это большая масса воздуха, которая приняла довольно однородные характеристики.Они классифицируются по источнику регион, такой как континентальный полярный или морской тропический. Они склонны теряют или приобретают различные свойства в зависимости от типа поверхности, на которой они путешествуют. Фронт — это место встречи двух воздушных масс. Более прохладный фронт, будучи плотнее, протолкнет под более теплый фронт, поднимая его над более прохладным воздухом. Теплый фронт, будучи легче, будет ездить по более прохладный воздух. В восходящий воздух охлаждает и образует облака. Большая разница в температуре, результаты на более интенсивном фронте.Турбулентность, сильный порывистый ветер и, возможно, впереди дождь фронта — результат.

Холодные фронты движутся быстрее, чем теплые. Группа переменная погода узкая, ветры смещаются по часовой стрелке и ветры становиться сильнее и порывистее. Может развиться линия шквала. Теплые фронты меньше отчетливые, и полоса переменчивой погоды продлится дольше. Добавление влаги или поднимая воздух до точки росы, образуются облака. Облака тоже образуются термическим подъемом (поверхность с подогревом).

Гравитация

Эта идея фокусировки исследована с помощью:

Противопоставление взглядов студентов и ученых

Повседневный опыт студентов

Падающие на Землю объекты настолько знакомы, что учащиеся могут рассматривать эти события как «естественные» без каких-либо дополнительных объяснений.

Даже студенты, которые используют слово «гравитация» в соответствующем контексте, могут быть не в состоянии объяснить, что это такое, или будут непоследовательными в своих объяснениях.

Исследования: Skamp (2004)

Взгляды студентов на гравитацию, форму Земли и направление «вниз» часто переплетаются.

Эта идея также развита в идее фокуса Силы бесконтактные.

У студентов могут быть разные взгляды на гравитацию:

  • гравитация — это толчок сверху (в некоторых случаях из-за давления воздуха)
  • гравитация связана с присутствием воздуха или что-то в воздухе, поэтому, если нет воздуха, нет силы тяжести.(Следовательно, на Луне, на спутниках Земли или в космосе нет силы тяжести; по мере того, как человек поднимается над поверхностью Земли, сила тяжести уменьшается, потому что атмосфера истончается)
  • сила тяжести увеличивается с высотой
  • сила тяжести значительно меньше на высоких горах здания и увеличивается по мере того, как мы теряем высоту (вот почему падающие объекты ускоряются)
  • гравитация вызвана вращением Земли
  • гравитация влияет на предметы, когда они падают, но останавливается, когда они достигают земли.Он не действует на предметы, которые движутся вверх
  • гравитация действует вверх на предметы, которые движутся вверх
  • гравитация — большая сила
  • В космическом корабле, вращающемся вокруг Земли, гравитации нет.

Исследования: Скамп (2004), Палмер (2001), Gunstone & Mitchell (1998), Gunstone & Watts (1985), Watts (1982)

Научная точка зрения

Считается, что гравитационные силы неразрывно связаны с тем, что мы называем «массой».Между каждым объектом во Вселенной существует гравитационная сила притяжения. Размер гравитационной силы пропорционален массе объектов и ослабевает по мере увеличения расстояния между ними. Оба объекта оказывают одинаковую силу притяжения друг на друга: падающий объект притягивает Землю с силой того же размера, что и Земля. Огромная разница в массе Земли и падающего объекта означает, что движение Земли незаметно мало.

Мы замечаем гравитационные силы только в том случае, если один из задействованных объектов имеет огромную массу (например, Земля).При всех попытках сравнить гравитационные силы с другими силами, они относительно намного слабее, чем магнитный и электрические силы.

Критические идеи обучения

  • Сила тяжести — это притяжение между массами.
  • Чем больше размер масс, тем больше сила гравитации (также называемая силой тяжести).
  • Гравитационная сила быстро ослабевает с увеличением расстояния между массами.
  • Гравитационную силу чрезвычайно трудно обнаружить, если хотя бы один из объектов не имеет большой массы.
  • Поскольку Земля такая большая, вам нужно подняться на очень большую высоту над поверхностью Земли, прежде чем появятся какие-либо заметные изменения в гравитационном притяжении Земли (на вершине Эвереста снижение составляет всего около 0,25%) .
  • Весовая сила, действующая на объект, говорит нам о величине силы тяжести от Земли, действующей на объект.

Изучите взаимосвязь между представлениями о гравитации в Карта развития концепции — (Гравитация, Звезды)

Полезно отдельно остановиться на двух областях, где важна гравитация:

1.Около поверхности Земли

Учащимся нужна возможность для обсуждения, которое выводит на мысль о том, что силы гравитации на объекты действуют всей Землей по направлению к ее центру. Сила тяжести действует на объект независимо от того, движется он или нет. В повседневных ситуациях величина силы тяжести на что-то существенно не меняется, когда оно поднимается над Землей. (Объект должен лететь намного выше, чем гигантский джет, чтобы произошли серьезные различия. Величина силы тяжести на высоте 200 км все еще составляет около 94% от того, что было на уровне моря.)

Сила тяжести на объекте с Земли одинакова независимо от того, окружен ли объект воздухом (или водой, или чем-то еще).

Исследования: Митчелл (2007)

2. Вселенная

Было бы полезно, если бы учащиеся понимали, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца, и что, когда что-то меняет направление (как это постоянно делают планеты), на них действует сила.

Эта идея также развивается в фокусе идей. Толкает и тянет; Что такое сила? а также День и ночь.

Идея о том, что на планетах должна существовать сила, которая меняет свое направление, может быть связана с силой тяжести Земли на объекты, расположенные у ее поверхности, что помогает студентам понять обобщение, согласно которому силы гравитации существуют повсюду во Вселенной.

Фильм или видеозаписи, демонстрирующие гравитационные силы между объектами и то, что астронавты могли ходить по Луне и ронять на нее объекты из-за ее гравитации, могут помочь сделать эти идеи правдоподобными для студентов.

Преподавательская деятельность

Бросьте вызов существующим идеям

POE (Предсказывать-Наблюдать-Объяснять): a Пружинный баланс с прикрепленным к нему грузом висит внутри герметичного колпака, соединенного с вакуумным насосом. Попросите учащихся предсказать, изменится ли и как показания пружинного баланса при откачке воздуха. Затем попросите их объяснить свои наблюдения. Примечание: полезно заранее показать, что показания регистрируют уменьшение чистой направленной вниз силы, если груз помещается в воду из-за толчка воды вверх.См. Схемы.

Выскажите существующие идеи учащихся

Попросите учащихся подумать о том, является ли сила тяжести, действующая на них сейчас, намного больше / немного больше / такая же / намного меньше / чуть-чуть меньше / ноль, когда они:

  • в том же классе, весь воздух откачан
  • на вершине Эвереста
  • на вершине самого высокого здания в Мельбурне
  • на Луне (1/6 размера Земли)
  • в классе, кроме Земли перестал вращаться
  • рядом с другим космонавтом в глубоком космосе
  • единственный космонавт в глубоком космосе
  • в свободном падении после прыжка с самолета.

Сопоставьте ответы и проведите интерпретирующее обсуждение всего класса, чтобы прояснить мышление учащихся и дать информацию для дальнейшего обучения.

Исследования: Gunstone & Mitche ll (1998)

Содействовать осмыслению и разъяснению существующих идей

Поощрять обсуждения в классе (интерпретирующие обсуждения), которые исследуют взаимодействие сил гравитации с сопротивлением воздуха и силами трения. Один из подходов состоит в том, чтобы сравнить движение двух листов бумаги, одного плоского, а другого, свернутого в маленький шарик, когда они одновременно выпускаются с одной и той же высоты.Гравитационные силы, действующие на каждый из них, одинаковы, но их относительное движение сильно различается из-за действия сопротивления воздуха. Расширьте обсуждение, чтобы изучить силы, действующие на парашютистов во время свободного падения и при использовании парашютов.

POE (Прогнозировать-Наблюдать-Объяснить): чтобы помочь учащимся подумать об их относительных размерах, попросите учащихся предсказать, какая из этих сил наименьшая: магнитная, электрическая или гравитационная. Затем попросите их посмотреть, как волосы прилипают к заряженному гребню и заколка для волос прикрепляется к магниту.В последующем обсуждении может быть полезно указать, что вся Земля тянет за волосы / заколку для волос. Хотя это действие неточно, оно вызывает дискуссии об относительной силе этих сил.

Помогите студентам выработать для себя некоторые «научные» объяснения.

РубрикаРазное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *