Конспект лекции: Образование дождя, снега, крупы, града

Государственное общеобразовательное учреждение

среднего профессионального образования Тульской области

«Алексинский гидрометеорологический техникум»

Методическая разработка урока по дисциплине

«Метеорология»

Тема: «Образование дождя, снега, крупы, града»

Разработал: преподаватель:

Трубицына М.А.

2 курс, группа 3

кабинет 302

Рассмотрена и одобрена комиссией специальных

дисциплин

Протокол №___ от «___»____________2014г.

Председатель комиссии _______Моисеева Л.И.

Колосово 2014 г.

Тема занятия: «Образование дождя, снега, крупы, града»

Тип занятия: комбинированный урок

Вид занятия: лекция-презентация.

Цели занятия:

1. Образовательная

• Обеспечить усвоение студентами физических процессов образования атмосферных осадков

• выявление уровня знаний.

2. Развивающая

• создание условий для развития памяти, наблюдательности;

• формирование у учащихся способностей к рефлексии и реализации коррекционных норм (выявить собственные трудности, выявить причины этих затруднений и найти способы их преодоления);

• развитие способности проявления реакции в использовании своих знаний в нестандартных условиях, а также внимательности.

1. Воспитательная

• создание условий для воспитания личностных качеств: активности, увлеченности, обеспечивающих успешность творческой деятельности личности.

Оборудование: проектор, ноутбук, интерактинная доска

Ход занятия.

1. Организационный момент - заполнение журнала (темы урока, присутствующих студентов) - 5 мин.

2. Проверка знаний студентов 15 мин. - программированный опрос по теме «Классификация осадков».

3. Сообщение темы занятия, постановки цели и задач - запишем тему урока «Образование дождя, снега, крупы, града». В результате сегодняшнего урока вы сможете, применив знания по темам конденсация и сублимация изучить процессы образования осадков.

4. Изложение нового материала в виде лекции с использованием презентации.

Мультимедийная презентация - это представление материала с использованием компьютерной техники. Мультимедиа способствует развитию мотивации, коммуникативных способностей, получению навыков, накоплению фактических знаний, а также способствует развитию информационной грамотности. Облегчение процесса восприятия и запоминания информации с помощью ярких образов - это основа любой современной презентации.

Лекция:

Образование дождя и снега

Облако можно уподобить коллоидальному раствору, растворителем в котором является воздух. Если в таком растворе частицы долго находятся во взвешенном состоянии, то такой раствор коллоидально устойчив. Если же частицы укрупняются и выпадают из раствора в виде осадков, то коллоидальная устойчивость его нарушается. Таким образом, выпадение осадков из облака зависит от степени его коллоидальной устойчивости, связанной с характером облачных элементов, из которых состоит облако.

Облака однородные, состоящие только из одних капелек или только из ледяных кристаллов, коллоидально-устойчивы. Особенно велика устойчивость такого облака, в котором все облачные элементы одинакового размера. Облака Си, St, Sc, Ac

(слайд 2-3) чаще всего состоят из мельчайших капелек воды и в таком случае осадков не дают. Однако при определенных условиях коллоидальная устойчивость этих облаков нарушается, и из них могут выпадать осадки. Например, конвективные облака Сu cong. (слайд 4) в средних широтах имеют вертикальную мощность 2-3 км и осадков не дают, в тропических широтах вертикальная мощность таких водяные облаков может достигать 6 -7 км, капли за время падения в таком облаке могут достичь значительных размеров; поэтому там создаются благоприятные условия для укрупнения облачных частиц и выпадения дождя.

Следует отметить, что при полетах были отмечены неоднократные случаи выпадения осадков из водяных облаков и в умеренных широтах, но до земли такие осадки не доходят.

Облака St и Sc чаще всего являются коллоидально- устойчивыми. Вертикальная мощность их мала, поэтому капли большого размера в таких облаках образоваться не могут. Иногда, правда, из St и Sc выпадают осадки в виде мелких капель мороси. Объясняется это тем, что такие облака могут существовать сравнительно долгое время, и конденсационный рост элементов в них приводит к образованию более крупных капель. Так как в этих облаках слабы восходящие токи, то образовавшиеся капли могут выпадать из них.

Ледяные облака верхнего яруса - Ci, Cc, Cs (слайд 5-7)- однородны по своей структуре и, кроме того, содержат малый запас водяного пара. Поэтому они являются коллоидально- устойчивыми и обычно осадков не дают.

В зимнее время года к ледяным облакам могут относиться и облака среднего яруса. В таких облаках запас влаги значительно больше, чем в облаках верхнего яруса, и в них имеет место перенасыщение по отношению ко льду даже при относительной влажности 100% и менее. Поэтому в ледяных облаках среднего яруса может происходить сублимационный рост кристаллов и замерзших капель. В этих же облаках образуются снежинки. Снежинки образуются в результате сублимации водяного пара на ледяных кристаллах в виде пластинок. Такой кристалл окружен водяным паром, причем вблизи кристалла концентрация водяного пара меньше, чем на некотором расстоянии от него, ввиду того, что часть пара уже перешла на кристалл. Таким образом, вокруг кристалла можно провести ряд концентрических поверхностей, соответствующих различной концентрации водяного пара (рис.1а слайд 8-10).

а б в

Рис.1. Образование снежинки.

Чем дальше от кристалла находится такая поверхность, тем больше концентрация в ней водяного пара. Частицы водяного пара будут стремиться перемещаться из мест с большей концентрацией пара к местам с меньшей, т. е. в сторону кристалла. При этом осаждение водяного пара будет происходить в первую очередь на углах пластинки, и через некоторое время ледяная пластинка примет форму звездочки (рис.1 б).

В дальнейшем сублимация водяного пара происходит на выдающихся частях звездочки, и получаются лучевые наросты, кристалл превращается в снежинку (рис.1 в). Снежинки при соударениях сцепляются между собой, образуя снежные хлопья (слайд 11-12). Последние благодаря сопротивлению воздуха падают с малой скоростью и вырастают до больших размеров. Таким образом, в ледяных облаках среднего яруса создаются благоприятные условия для выпадения осадков. Эти облака иногда дают умеренный снег. К наиболее коллоидально- неустойчивым облакам относятся смешанные облака Cb, Ns (слайд 13-14). Эти облака имеют чаще всего большую вертикальную мощность. В верхних своих частях они состоят из ледяных кристаллов, а в нижних - из водяных капелек. Между уровнем нулевой изотермы и верхней ледяной частью облака находится мощный переходный слой, в котором имеются переохлажденные капли и ледяные кристаллы. Если переохлажденных капель в облаке больше, чем кристаллов льда, то для последних создаются особенно благоприятные условия их сублимационного роста. Падающие в облаке снежинки, попадая в область, занятую каплями, начинают быстро укрупняться за счет переноса на них влаги с жидких элементов облака и падать быстрее. При взаимном соударении они слипаются в крупные хлопья снега. Такие снежинки имеют большие поперечные размеры, чем капли три той же массе. Поэтому они захватывают на своем пути большое число частиц. Опускаясь в слой с положительными температурами, снежинки тают и превращаются в крупные капли, выпадающие на земную поверхность в виде дождя. Таким образом, в смешанных облаках осадки всегда образуются в виде твердых элементов, которые при таянии превращаются в дождевые капли. При отрицательных температурах воздуха в слое между облаками и земной поверхностью из смешанных облаков осадки выпадают на земную поверхность в виде снега. В смешанных облаках осадки образуются даже при сравнительно небольшой их вертикальной мощности. Так, например, As (слайд15), имеющие малую вертикальную мощность, почти всегда дают осадки. Зимой из них выпадает слабый снег. В летнее время снежинки тают и превращаются в мелкие капли дождя. Однако эти капли обычно испаряются, не достигая земной поверхности. При этом наблюдаются так называемые полосы падения (virga) (слайд 16-17).

Необычные дожди. (слайды 18-20). Осадки, выпадающие из облаков, часто содержат в себе посторонние примеси, которые либо окрашивают капли дождя или снежинки, либо выпадают вместе с дождем. При этом образуются необычные дожди. К ним можно отнести «красные», или «кровавые», «черные», «молочные» и др. Наиболее часто отмечались случаи выпадения кровавых дождей. Эти дожди привлекали к себе внимание с древних времен. Так, в Риме в 14 году н. э. выпадал красный дождь, напоминавший кровь. В Париже красный дождь отмечался в 570, 572 и 582 гг. Случаи выпадения кровавых дождей отмечались и в последние годы.

Образование крупы и града

Образование крупы и града происходит в кучево-дождевых облаках

(слайд 21)

Снежная крупа образуется в результате интенсивной сублимации водяного пара. Условия для этого процесса создаются в смешанных облаках, тогда, когда воздух насыщен водяным паром по отношению к поверхности воды, но значительно перенасыщен по отношению к поверхности льда.

Если кристаллики или снежинки, падающие из верхней части облака, попадают в зону с большим содержанием мелких переохлажденных капелек, то последние начинают беспорядочно нарастать на них и превращают их в сферокристалл в виде снежной крупы. В случае, когда частицы снежной крупы попадают в нижнюю часть облака с большим содержанием крупных переохлажденных капель, образуется ледяная крупа. Возникновение последней происходит в результате растекания и замерзания переохлажденных капель по поверхности сферокристалла. При этом снежная крупа покрывается прозрачной ледяной оболочкой. Образование ледяной крупы возможно также в результате интенсивной конденсации водяного пара и быстрого замерзания образовавшихся капелек на поверхности сферокристаллов. Ледяная крупа представляет собой переходную форму элемента облака от снежной крупы к граду.

Град (слайд22-23) образуется в наиболее мощных кучево-дождевых облаках при сильных восходящих токах воздуха в облаке. Ледяная крупинка, попадая в мощный восходящий поток, поднимается в верхнюю часть облака, где преобладают ледяные кристаллы и снежинки. Здесь поверхность ледяной крупы покрывается непрозрачной оболочкой из мельчайших ледяных кристаллов, что увеличивает ее размеры и превращает в градину. Падая снова вниз, градина попадает в зону крупных переохлажденных капель воды и покрывается прозрачной ледяной оболочкой. Затем она снова может быть поднята вверх, и процесс повторяется. Такие поднятия и опускания градины могут совершаться несколько раз в зависимости от скорости восходящих потоков и при этом градина может вырасти до больших размеров. Указанный процесс образования градины подтверждается ее строением. Если рассматривать градину в разрезе, то видно, что она состоит из матово-белого ядра, покрытого рядом прозрачных и непрозрачных оболочек. Форма градин чаще всего сферическая. Однако иногда встречаются градины неправильной формы. Размеры градин бывают различные. Чаще всего наблюдаются градины диаметром от 6 до 20 мм. Однако в некоторых случаях градины достигают значительно больших размеров. Так, например, 11 мая 1945 г. в Эмброзидене (Англия) выпали градины до 37 мм в диаметре, а отдельные из них имели диаметр до 75 мм. Интересно отметить случай сильного градобития в окрестностях Харькова 26 июля 1958 г. Град начался после сильного дождя при штормовом ветре 16-30 м/сек. Сначала он имел обычный вид, но затем посыпались куски льда, размеры которых достигали вначале лесного, затем грецкого ореха и, наконец, куриного яйца. Диаметр отдельных градин достигал 50-60 мм, а окружность - до 150-160 мм; большие градины смерзались из десятков более мелких. Выпадение града продолжалось около 15-20 мин. и за это время земная поверхность оказалась покрытой сплошным слоем битого льда. Град нанес большое повреждение зеленым насаждениям, особенно фруктовым садам. Величина градин зависит от скорости восходящих токов. Чем последняя больше, тем более значительного размера могут достичь градины в процессе своего образования, так как несколько раз проделывают путь в облаке по вертикали и все время увеличиваются в размерах. Град обычно наблюдается в теплое время года, когда наиболее сильно развита тепловая конвекция. Выпадение града обычно непродолжительно (15-30 мин.), но встречаются случаи сильных и длительных градобитий, наносящих значительный ущерб народному хозяйству.

Закрепление изученного материала

• Фронтальный опрос:

• Из каких облаков выпадают осадки?

• Какие формы относятся к коллоидально- устойчивым облакам?

• Какие осадки выпадают из Cb?

• От чего зависит размер града?

Домашнее задание:

Изучить конспект

Подготовить доклады по теме: «Необычные осадки»