Проект по физике "Прогноз погоды" 7 класс

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

Муниципальное  автономное общеобразовательное учреждение

«Верхнедубровская средняя общеобразовательная школа»

Как стать синоптиком

Практико-ориентированный проект

Исполнитель:                                                                                Песков Роман                                                                               ученица 7 а класса,                                                                              Руководитель:                                                                                        Купреева С.А. учитель  физики

                                          Верхнее Дуброво
                                                    2016

Оглавление

Введение. 2

Немного теории. 3

1.1.   Народная метеорология. 3

1.2.   Современные методы прогноза. 5

1.3.   Ошибки в прогнозах. 7

1.4.   Главные метеостанции. 9

Экспериментальная часть. 10

2.1. История приборов. 10

2.2. Способ исследования. 11

2.3. Проведение эксперимента. 11

2.3.1. Измерение температуры. 11

2.3.2. Измерение атмосферного давления. 15

2.3.3. Измерение влажности воздуха. 18

Заключение. 20

Источники информации. 21

Приложение. 22

Введение.

Миллионы людей разных возрастов, профессий и интересов каждый день с нетерпением ждут сообщений о погоде. Это не удивительно, так как от ее прихотей зависит многое, начиная от предвидения урагана и сбора урожая до похода в лес за ягодами. От погоды зависят потребности человека в пище, жилье, одежде, передвижении, физическое и психологическое самочувствие.

Я думаю, что прогнозирование погоды существует с того времени, когда появились первые люди, так как в далеком прошлом жизнь человека во всем зависела от природы. Зависимость человека от погоды отражена в древних легендах, сказках, летописях.

Парадоксально, но зависимость людей от погоды и важность ее предсказания увеличилась. С одной стороны научно-технический прогресс способствует независимости нашего благополучия от погоды. Но с другой стороны сложная современная техника и коммуникации весьма чувствительны к неблагоприятной погоде, а выход их из строя, даже на короткий срок,  отрицательно оказывается на работе многих предприятий.

Я предлагаю работу, в которой речь пойдет о том, как же осуществляется прогнозирование погоды, как метеорологи собирают информацию, как ее применяют, могут ли они ошибиться в прогнозировании, и какие есть народные приметы прогноза погоды.

Объект исследования - погода, предмет- прогноз.

Гипотеза: Можно предсказать погоду, наблюдая за её изменениями.

Задачи:

·     Найти информацию о составлении прогноза погоды

·     Провести наблюдения погоды

·     Провести измерения температуры, атмосферного давления и влажности.

·     Сделать анализ полученных результатов

Основными методами исследования будут работа с текстом, экспериментальные измерения, наблюдения.

Для работы будут изучены материалы Интернета.

Немного теории

1.1.     Народная метеорология.

Люди создали много пословиц и поговорок, наблюдая за закономерностями в поведении животных и растений при изменении погоды. Истоки народного синоптического прогнозирования берут свое начало с древности. Приметы погоды являются результатами многолетних проверенных практикой наблюдений. Опыт народной метеорологии накапливался столетиями, в его основе лежит наблюдательность. Люди определяют погоду по цвету солнца при восходе и закате, движении облаков, радуге, по поведению некоторых животных, насекомых, цветов, листьев растений, появлению запахов и многому другому.

Наши предки заметили интересную закономерность: чем больше снега зимой, тем больше зелени летом. Один из наиболее точных краткосрочных прогнозов, касающийся "рисунков мороза" на стеклах в зимнюю пору, звучит так: "Вертикально поднимаются по стеклу побеги "снежных растений" – к морозам, а наклоняются – к оттепели". Если в морозные дни оконные стекла начинают запотевать, маленькие капельки воды появляются на рамах, значит недолго осталось ждать потепления. [1]

По цвету солнца можно предвидеть переход к плохой погоде  за восемнадцать, а то и двадцать четыре часа: "Бледный закат Солнца – признак предстоящего ненастья".

Признаком ухудшения погоды является увеличение влажности. Соль отсыревает - к сырой погоде, табак сыреет – к ненастью. При увеличении влажности воздуха улучшается звукопроводимость, от того лай собак, шум от поезда слышится сильнее.

Люди издавна наблюдали за разноцветной радугой на фоне облаков. Вот некоторые из признаков погоды, относящихся к возникновению радуги: "Радуга на небе – к перемене погоды", "Вечерняя радуга предвещает хорошую, а утренняя – дождливую погоду", "Если радуга после дождя быстро исчезнет – будет хорошая погода". Если радуга держится на небе долго, будет ненастье. А вот при возникновении двух или даже трех радуг надо обязательно брать с собой зонтик, так как будет продолжительный дождь.

Метеорологи[2], как правило, считают, что такие приметы, как нижеприведенные, ничего в себе не несут, кроме как юмор и народный фольклор:  «Если собаки много спят и мало едят — будет дождь», «Собаки катаются по земле — быть дождю или снегу».

Но такие приметы как: «Серёжки на клёнах — сей свеклу», «Зацвела фиалка — сей морковь и петрушку», «Если лист березы развернется полностью — можно сажать картофель», являются обоснованными, так как растения реагируют на изменения температуры, влажности в окружающей среде и ведут себя соответствующим образом: начинают цвести какие-то деревья или же цветок раскрывается и начинает издавать более сильный запах.

В далекие времена, когда создавались народные приметы был совсем другой климат. Зимы были более холодные, лето не такое жаркое, то есть они создавались совсем для других времён, а точнее - для других климатических эпох. Аномальные погодные явления совершенно сбили с толку все представления о климатических нормах и зонах!

1.2.   Современные методы прогноза.

В современном мире прогнозы погоды составляются на научной основе с помощью специальных приборов. Синоптические станции, научно- исследовательские организации в разных точках планеты ведут наблюдение. Сегодня насчитывается около 7000 метеостанций по всему миру. Одни из таких станций находятся на бортах суден, которые курсируют в открытом океане, а другие – в аэропортах или городах. Даже самолеты регистрируют метеоданные во время рейсов.

Из разбросанных по всей планете метеостанций получаются сведения о погодных условиях, от скорости получения которых зависит научное прогнозирование погоды. Анализируются полученные данные, по которым составляются синоптические карты, затем используемые для прогноза погоды. После чего информация обрабатывается в метеоцентрах и передается людям.

Метеорологи регулярно фиксируют показатели состояния атмосферы на станциях. Они измеряют тип облаков и их высоту над земной поверхностью, температуру, количество осадков (включая мокрый снег, снег, дождь, иней, росу и град), направление и силу ветра, давление и влажность воздуха. Измерения на метеостанциях производятся в приповерхностном слое атмосферы. Но сведения об условиях в верхних слоях атмосферы ученым также необходимы. С помощью запускаемых на воздушных шарах метеозондов, они получают значительную часть такой информации. На них установлены автоматические приборы, которые регистрируют температуру, давление воздуха, скорость и влажность ветра на разной высоте, а эти данные на станцию посылает радиопередатчик. Часто подъем метеозонда отслеживается радиолокатором. Это позволяет определить изменение направления воздушных потоков с высотой. Также радиолокаторы могут служить и для других целей, в частности, для обнаружения снежных или дождевых облаков.

Большую пользу в прогнозировании погоды приносят метеорологические спутники, которые беспрерывно работают в космосе. Информация об атмосферных условиях поступает с космических метеоспутников, начиная с 1960-х годов. На орбиту с высотой примерно 36 000 км над экватором выводятся геостационарные метеоспутники, это дает возможность обзора обширной территории. Такие спутники находятся над одной и той же частью земного шара, потому что они двигаются со скоростью движения планеты. Снимки целого полушария передаются на землю каждые полчаса. Определить скорость перемещения и направление воздушных потоков метеорологам позволяет серия таких снимков. На таких снимках видны зоны зарождения ураганов, скорость и направление их движения. Такие данные, сегодня анализируются, и в случае приближения к суше стихии, даются штормовые предупреждения.

До появления компьютеров для того, чтобы проследить изменения погоды, метеорологи сравнивали каждую синоптическую карту с предыдущими. На основании такого анализа, составляли прогнозную синоптическую карту, которая отражает видение погодных условий в ближайшие 24, 36 и 48 часов. Потом они добавляли параметры, которые, по их мнению, вытекают из полученной картины.

Всегда главными проблемами прогнозирования погоды являлись несвоевременное поступление и медленная обработка данных. В последнее время точность прогнозов погоды значительно возросла благодаря применению компьютерной техники. компьютер выдает прогнозы на период до 140 часов для каждого участка. Впервые для ускорения обработки данных были применены компьютеры, которые способны производить миллионы операций в секунду. Мощность этих машин сегодня возросла во множество раз.

Компьютеры на сегодняшний день могут не только обрабатывать информацию, но и составлять прогнозные карты. В компьютер загружаются все данные и анализируются. Компьютер теоретически может спрогнозировать погоду точнее, чем метеорологи, потому что способен просчитать все вероятности намного быстрее людей.

Например, суточный прогноз погоды для выпуска теленовостей, выходящего в 18.00, составляется на основе изменений 6-часовой давности. Метеорологу за это время может вполне поступить более свежая информация.

В системе Росгидромета выпускаются все виды прогнозов. Основной цикл выпуска краткосрочных гидродинамических прогнозов составляет 12 часов. Выпуск гидродинамических среднесрочных прогнозов осуществляется 1 раз в сутки.

1.3.   Ошибки в прогнозах.[3]

Именно благодаря развитию глобальных гидродинамических моделей стало возможным с достаточной степенью точности прогнозировать ряд параметров атмосферы (давление, ветер и температуру) для различных высот на срок до 5-6 суток, что еще 10-15 лет назад казалось несбыточным достижением. Идеальный прогноз должен оправдываться по всем параметрам. Иногда прогнозы оказываются далекими от действительности, даже несмотря на применение современных технологий.

Люди часто жалуются, что в прогнозе указывают температуру воздуха +35, например, а термометр у них за окном показывает все +40. Это происходит по нескольким причинам, главная из которых - несоответствие канонам условия замера, что и приводит к неточной цифре на термометре "за окном". Следует также заметить, что цифры в прогнозе относятся к температуре воздуха в тени, а никак не под солнцем.

Установить причину ошибок в прогнозе тяжело. Практически невозможно учесть все множество погодообразующих факторов и их возможные изменения в течение суток.

Самое характерное: прогноз слышали на завтра по Москве, а решили его проверять сегодня в Петербурге. Стоит ли удивляться, что многое не сходится? Вывод: следует слушать, на какое время и в каком пункте дается прогноз.

Второй вид недовольства опять связан с непониманием сути прогноза. Так, ночью прогнозируется минимальная, а днем — максимальная температура. Таким образом, прогноз «днем 20–22°С» должен пониматься как «в какой-то момент дня температура (обычно часа в 4–5) дойдет до 20–22°С». А вовсе не как «посмотрю-ка я за окно на термометр в семь часов утра или на телеэкран, увижу 10 градусов и скажу, что синоптики опять обманули». Помните: прогнозируется самая высокая температура за день, а вовсе не температура в каждый момент дня, так как она меняется в широком диапазоне.

Может быть, что теплый фронт, который несет с собой дождь, замедлит свое продвижение, а значит, осадки выпадут позже, чем это предсказал компьютер.

Метеорологи считают прогноз оправданным, если его ошибка меньшая, чем прогноз погоды с применением одного из двух существующих методов. Первый метод называется инерционным, он допускает, что характер погоды не изменится. Второй метод выходит из того, что характеристики погоды будут отвечать средним месячным на данное число.

Все это — непонимание сути и принципов прогноза, искажение информации — влечет за собой подрыв репутации метеорологов вообще и синоптиков в частности, недоверие людей к прогнозу погоды.

Но все же в последнее время прогнозы погоды стали намного точнее, и они применяются во многих сферах человеческой деятельности.

1.4.               Главные метеостанции

Метеорологи живут в своем параллельном мире – здесь нет конфликтов, все говорят на одном языке шифров и живут по единому времени независимо от своего местонахождения. Такая идиллия существует благодаря тому, что метеорологи давно уже поняли, что не смогут друг без друга. Нельзя составить прогноз погоды на будущее ни в одной стране, не зная погоду в данный момент во всем мире. Циклоны перемещаются по планете вне зависимости от границ и расстояний. В главные мировые центры данных, находящиеся в Москве, Вашингтоне и  Мельбурне[4], стекается информация о  погоде со всего мира. Ежедневно в одно и тоже время по Гринвичу все метеостанции мира проводят измерения температуры, влажности, скорости ветра и других параметров, все эти данные стекаются в три мировых центра, которые обмениваются этими данными между собой.

   В наш поселок Верхнее Дуброво в 1941 - 1942 гг. частично были эвакуированы главная геофизическая обсерватория из Ленинграда и институт земельного магнетизма из Павловска. В 1947 году была организована Свердловская гидрометеорологическая обсерватория. В настоящее время коллектив объединенной гидрометеорологической станции Верхнее Дуброво проводит широкий комплекс наблюдений по метеорологии, аэрологии, актинометрии, атмосферному электричеству, радиометрии, озонометрии.[5]

 

Экспериментальная часть

2.1. История приборов[6]

В середине девятнадцатого столетия ученые поняли, что движения в атмосфере могут иметь упорядоченный характер и что существуют крупные синоптические системы, перемещение и эволюция которых определяют погоду в заданной точке. С начала XX столетия прогресс в изучении атмосферы и установлении закономерностей ее поведения был очень быстрым. Большое количество наблюдений позволило метеорологам следить за состоянием погоды, определять на картах области высокого и низкого давления, границы воздушных масс и, используя известные физические законы, составлять прогноз.

Итальянский ученый Галилео Галилей в 1597 году создал термометр, а через 46 лет Эванджелиста Торричелли, тоже итальянский ученый, изобрел барометр. С этого времени стало известно о существовании атмосферного давления, о связи его изменения с погодой.

"Живые барометры" можно найти в лесах, степях, реках, озерах, горах. Древнейший на Руси прибор для прогноза погоды "еловый барометр" был очень популярен в народе. Этот барометр можно сделать самому. Нужно выпилить ствол из сухой ели или можжевельника с длинной веткой. Известно, что древесина из этих деревьев чувствительна к изменениям погоды. Очистить его от коры и прикрепить к стенке так, чтобы ветка могла двигаться в горизонтальном направлении. Около конца ветки нужно прибить пластинку с расчерченными линиями. Если влажность уменьшается перед сухой погодой, тогда наружные слои ели быстро просыхают, и ветка поднимается вверх – значит, будет хорошая погода. Если влажность увеличивается, наружные слои ели набухают, ветка опускается - будет погода с осадками. Амплитуда колебания ветки, в зависимости от ее размера, может достигать 25 сантиметров.

2.2. Способ исследования.

В своей работе я использовал самое современное школьное оборудование - цифровую лабораторию. Программное обеспечение «Цифровая лаборатория» фирмы «Научные развлечения» предназначено для работы с данными, получаемыми от цифровых датчиков и видеокамеры, подключённых к персональному компьютеру.[7]

Работа с данными состояла из пунктов:

·        Получение данных;

·        Вывод временной зависимости физической величины на экран;

·        Набор статистики по нескольким проведённым опытам;

·        Сохранение информации в электронном виде.

2.3. Проведение эксперимента

2.3.1. Измерение температуры

В течение двух с половиной недель в апреле 2014 года проводились измерения температуры воздуха на крыльце школы при помощи электронного термометра. [8]

дата	временная зависимость	значение
15 апреля		14,8540С
16 апреля		11,4910С
17 апреля		13,9470С
18 апреля		60С
21 апреля		6,7420С
22 апреля		6,1610С
23 апреля		10,7310С
24 апреля		4.0510С
25 апреля		1,460С
28 апреля		4,0510С
29 апреля		10,6730С
30 апреля		16,0330С

Графический анализ полученных данных показал, что:

·                                    самая низкая температура была 25 апреля

·                                    самая высокая температура была 30 апреля

·                                    в период с 15 апреля по 30 апреля было преимущественно прохладно при средней температуре 8,8495⁰С.

2.3.2. Измерение атмосферного давления

В течение двух недель в апреле 2014 года проводились измерения атмосферного давления на крыльце школы при помощи электронного барометра[9]. 

дата	временная зависимость	значение
21 апреля		97,51кПа
22 апреля		99,25кПа
23 апреля		97,46кПа
24 апреля		96,5кПа
25 апреля		94,23кПа
28 апреля		96,66кПа
29 апреля		97,08кПа
30 апреля		97,03кПа

По графику видно, что в период с 22 апреля наблюдалось падение атмосферного давления, а 25 апреля при самой низкой температуре зафиксировано и самое низкое атмосферное давление 94,23 кПа. Самое высокое давление было 22 апреля - 99,25 кПа.

2.3.3. Измерение влажности воздуха.

В течение одной недели в апреле 2014 года проводились измерения влажности воздуха на крыльце школы при помощи электронного датчика влажности. [10]

дата	временная зависимость	значение
25 апреля		48%
28 апреля		41%
29 апреля		35%
30 апреля		26%

График показывает уменьшение влажности в период с 25 апреля по 30 апреля. Самая низкая влажность 30 апреля, когда наблюдался рост температуры при среднем атмосферном давлении.

Проследим за погодой в отдельные дни:

Дата	Характеристики погоды			Описание погоды
	температура	атмосферное давление	влажность
22 апреля	6,1610С,	99250 Па		Ясно, небольшой ветерок
25 апреля	1,460С,	94230 Па,	48%	Пасмурно, ветра нет, иногда пролетает снег.
30 апреля	16,0330С,	97030 Па,	26%	Ясно, тепло, солнечно

22 апреля высокое давление говорит о ясной погоде – стоял антициклон. Но ветерок – явный признак смены погоды, т.к. он появляется, если меняется давление атмосферы. И правда к 25 апрелю пришел циклон с осадками, пасмурной погодой и низким атмосферным давлением. 30 апреля вновь антициклон принес теплую погоду.

Заключение.

Я выполнил работу, в которой рассмотрел, как осуществляется прогнозирование погоды, как метеорологи собирают информацию, как ее применяют, могут ли они ошибиться в прогнозировании, и какие есть народные приметы прогноза погоды.

У меня была гипотеза: Можно предсказать погоду, наблюдая за её изменениями. Я считаю, что погодой управляет атмосферное давление: если оно уменьшается, то погода будет ухудшаться. Поэтому для того, чтобы узнать погоду на следующий день, достаточно посмотреть, как меняется давление.  Для этого нужно, чтобы был дома барометр.

При выполнении работы я решил задачи:

·     нашел информацию о составлении прогноза погоды

·     провел наблюдения погоды

·     провел измерения температуры, атмосферного давления и влажности.

·     сделал анализ полученных результатов.

Работать над проектом было сложно, т.к. я впервые принимаю участие в такой работе, но мне было интересно сравнивать данные измерений прошлого года, когда я учился в шестом классе.  Я удивился тому, что учебные знания подтвердились.

 

 

Источники информации.

stransvie.com

 Shkolazhizni.ru

  Википедия

            Методическое руководство по работе с комплектом оборудования и программным обеспечением фирмы «Научные развлечения», Москва, 2011

Приложение.

Приложение 1. Цифровая лаборатория по физике «Научные развлечения»

Приложение 2. Электронный датчик температуры

Приложение 3. Электронный датчик влажности

Приложение 4. Электронный датчик давления

---

[1] Shkolazhizni.ru

[2] материалы с сайта stransvie.com

[3]   Shkolazhizni.ru

[4] Википедия

[5] Официальный сайт МО городского округа Верхнее Дуброво.

[6] Википедия

[7] см. Приложение 1

[8] см. Приложение 2

[9] см. Приложение 4

[10] см. Приложение 3