Метеорологические наблюдения школьников

По книге:
Озеров А.Г.
Исследовательская деятельность учащихся в природе : Учебно-методическое издание. – М.: ФЦДЮТиК, 2005. – 216 с.

Исследовательские экспедиции и походы с исследовательским уклоном представляются наиболее привлекательными и перспективными в ряду других форм турист­ско-краеведческой деятельности (спортивные походы, экскурсии и др.). Это связано с тем, что экспедиция позволяет наиболее полно реализовать на практике знания, полученные учениками в течение года. Не просто отдых и развлечения, но предстоящая работа, изучение нового, неизвестного, а возможно – и личные открытия делают для ребят экспедицию особенно привлекательной и интересной.
Чтобы участники экспедиции получили удовлетворение от своего труда, в экспедиции должны быть поставлены, осознаны и реализованы конкретные исследовательские задачи в условиях конкретного региона. То есть экспедиция – это определенная мини-модель организации исследовательской деятельности.
При постановке проблемы перед учениками следует особое внимание уделять ее актуальности для данного возраста вообще и конкретного человека в частности. Всегда можно найти «точку опоры», т.е. мотивацию исследовательской деятельности в личном интересе. Толчок к исследованию должен идти «изнутри» ученика, иначе творческий процесс сведется к формальному проделыванию необходимых действий, но ни к чему большему, что не даст необходимых педагогических результатов.
Как показывает анализ проектов летнего отдыха и занятости учеников, тематика экспедиционных исследований в настоящее время охватывает такие области, как экология, геология, гидрология, геоботаника, биогеохимия, гидробиология, орнитология (и другие области зоологии), история, этнография, фольклор, археология и другие.

Метеорологические наблюдения

Наблюдать за погодой, другими изменениями в природе школьники учатся еще в начальной школе на уроках естествознания. При изучении курса географии обязательные для всех учащихся наблюдения проводятся в течение одного месяца любого времени года, а также во время изучения темы «Атмосфера». Поэтому такие наблюдения доступны уже самым юным туристам. Умение проводить наблюдения за погодой и делать простейшие предсказания имеет, кроме всего прочего, большое практическое значение для всех туристов, а не только для юных туристов-экологов.
Можно сразу акцентировать внимание учеников на том, что все данные, полученные при наблюдении за погодой во время походов, могут быть собраны в кабинете географии и использованы при изучении климата и погоды своей местности в теме «Атмосфера». Они также могут оказаться полезными при изучении особенностей различных регионов России в курсе «Физическая география» и темы «Абиотические факторы среды» в курсе «Экология».
При подготовке к выполнению данной работы целесообразно повторить с учащимися тот учебный материал, который они изучали в курсах «Природоведение» и «Физическая география», а именно – местные признаки предсказания погоды, типичные признаки погоды своей местности по временам года.

Проведение наблюдений за состоянием погоды

Для выполнения данного комплекса работ необходимы следующие приборы и инструменты: термометры, барометр (рис. 1), дождемер (рис. 2), компас и флюгер. Флюгер может быть заменен вымпелом. Термометр желательно иметь спиртовой, в металлическом футляре.

Рис. 1. Барометр	Рис. 2. Дождемер

Истинная температура воздуха – это только температура в тени. При проведении замеров необходимо следить за тем, чтобы термометр не нагревался. Если во время движения группы это невозможно, то можно воспользоваться давно известным приспособлением – шнурком, привязанным к верхнему концу термометра. Термометр, как пращу, раскручивают над головой, держа за другой конец шнурка. Затем быстро снимают показания термометра, пока он еще не нагрелся.
Измерение количества выпавших осадков трудно провести в походе, когда надо все время двигаться по маршруту, а вот в полевом лагере это довольно доступный вид исследований. Отсутствие настоящего дождемера можно восполнить ведром с точно рассчитанной принимаемой поверхностью. Для этого измеряется внутренний диаметр ведра и высчитывается площадь принимаемой поверхности:

Ведро устанавливают под открытым небом на невысокой подставке и два раза в день проводят замеры накопившейся воды. Для этого используют мерный цилиндр. Разделив объем измеренной воды V на площадь принимаемой поверхности ведра S, получаем величину Н – высоту слоя выпавшего дождя:

Скорость ветра проще всего определять по шкале Бофорта, т.е. наблюдая за действием ветра на окружающие предметы. Точнее скорость ветра можно измерить специальным прибором – анемометром. (см. табл. 1.)

Табл. 1

Шкала Бофорта для определения скорости ветра

	Сила ветра в баллах	Скорость ветра, м/сек	Действие ветра
	0 – штиль	0–0,5	Дым поднимается вертикально, листья деревьев неподвижны
	1 – тихий	0,6–1,7	Дым поднимается наклонно, листья неподвижны
	2 – легкий	1,8–3,3	Дуновение ветра чувствуется лицом, листья шевелятся
	3 – слабый	3,4–5,2	Ветер колышет листья, тонкие ветки, флаги. На поверхности стоячих водоемов появляется рябь
	4 – меренный	5,3–7,4	Ветер колеблет большие ветки с листьями, наклоняет верхушки деревьев, поднимает с земли пыль
	5 – свежий	7,5–9,8	Ветер раскачивает тонкие стволы деревьев, свистит в ушах, на поверхности воды образует волны
	6 – сильный	9,9–12,4	На гребнях стоячих вод образуются барашки. Гудят телеграфные столбы. Ветер раскачивает большие голые сучья деревьев, свистит около домов
	7 – крепкий	12,5–15,2	Ветер раскачивает стволы деревьев без листьев, затрудняет ходьбу против ветра
	8 – шторм	15,3–18,2	Ветер колеблет большие деревья, ломает сучья и тонкие стволы деревьев, сильно затрудняет движение пешехода
	9 – ураган	18,3–21,5	Ломает большие голые сучья и стволы деревьев, сдвигает с места легкие предметы, сносит крыши

Измерять количество облаков надо с открытого места с хорошим обзором. Облачность определяется на глаз по 10-балльной системе. Безоблачное небо – 0 баллов, небо полностью покрыто облаками – 10 баллов. Таким образом, 1 балл в этой системе равен примерно 10% общей поверхности неба. Для прогноза погоды по местным признакам важно отмечать форму облаков.
1-е семейство – облака верхнего яруса: перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые. Эти облака всегда тонкие, прозрачные, вуалеподобные или в виде тончайших полос и перьев, почти не дают тени и осадков. Сквозь них просвечивает голубое небо, а вокруг солнца или луны часто виден светящийся круг – гало.
2-е семейство – облака среднего яруса: высококучевые и высокослоистые. Солнце через них просвечивает слабо. Вокруг солнца и луны эти облака образуют венцы – цветные узкие кольца, снаружи – красные, внутри – желтые. От этих облаков часто вниз идут нитевидные «хвосты» – полосы падения осадков, которые испаряются, не достигая поверхности земли.
3-е семейство – облака нижнего яруса: слоисто-кучевые, слоистые и слоисто-дождевые. Эти облака образуют сплошную серую массу в виде гряд, волнистого покрова или однородной пелены, солнечный диск через них не просвечивает. Слоисто-кучевые облака, похожие на крупные гряды, разделены просветами или имеют вид сплошного волнистого покрова. Осадки из них обычно не выпадают. Слоистые облака (однородный серый слой) дают осадков мало, в виде мелкой мороси. Слоисто-дождевые облака – темная бесформенная масса, понизу которой проносятся темные и мрачные облачные клочья, дают обложные осадки.
4-е семейство – облака вертикального развития, бывают при ясной погоде и не имеют связи с фронтами. Своим происхождением эти облака обязаны дневным конвекционным потокам воздуха. Образуются при нагревании земной поверхности в однородной воздушной массе. Кучевые облака имеют вид холмов с горизонтальным основанием и куполообразной вершиной. Цвет иногда синеватый. Даже при сильном развитии дают слабые осадки. Кучево-дождевые облака темно-серые или синие. У их основания видны полосы падения осадков. Вершины поднимаются в виде огромных горообразных масс. Из этих облаков выпадают ливни.

Выяснение взаимозависимости между климатическими факторами

При подготовке к проведению данной работы внимание учеников сосредоточивают на приемах наблюдения за погодой. Повторяются приемы определения температуры воздуха, направления и силы ветра, облачности, высоты солнца над горизонтом. Предварительно необходимо напомнить ученикам, как проводить наблюдения за погодой, записывать наблюдения, какие использовать условные знаки (см. табл. 2).
Предлагаемая форма даст возможность ученикам, используя конкретные данные своих наблюдений, сделать вывод о зависимости, существующей между изменениями суточной температуры, давлением, ветром, осадками и т.п.

Табл. 2

Табл. 3

Объекты и показатели, выбранные для наблюдения	Месяц года и число								Место наблюдения
	Сентябрь
	1	2	3	4	5	6	7	8
Высота солнца над горизонтом
Температура воздуха
Состояние растительности
Состояние ближайшего водоема
Выводы о причинах сезонных изменений в природе

 

Наблюдения за сезонными изменениями состояниярастительности и водоемов

Для формирования у учеников младших классов устойчивого представления о зависимости сезонных изменений в средних и высоких широтах от высоты солнца над горизонтом можно совместить простейшие климатические и фенологические наблюдения (состояние растительности, водоемов, поведение животных) с наблюдениями высоты солнца над горизонтом. В зависимости от подготовки ученики могут сделать эту работу под руководством педагога или самостоятельно.
Эта практическая работа достаточно объемна по своему содержанию и не подходит в качестве задания для единичного похода, но ее можно реализовывать в серии походов. Для анализа полученных результатов рекомендуем использовать табл. 3.
По данным изменения высоты солнца над горизонтом ученики под руководством учителя могут построить график, наглядно показывающий изменение высоты солнца за год. При изучении темы «Атмосфера» данный график можно использовать в комплексе с графиком годового изменения температур. Сопоставление этих графиков позволит ученикам самим сделать правильный вывод о зависимости температуры воздуха от высоты солнца над горизонтом.
Для большей точности и упрощения построения графиков высоту солнца над горизонтом можно рассчитать только для дней солнцестояния и равноденствия. Учитель может проверить правильность измерения в эти дни высоты солнца по такой формуле: Н = (90 – f) ± 23,5, где Н – высота солнца над горизонтом, а f – широта местности.
Для юных экологов – учащихся 8-го класса и старше – данную работу можно видоизменить, введя, например, наблюдения за поведением животных, так как для них эти темы будут более актуальны. Соответственно, в итоге следует сравнить, например, по дням температуру воздуха и поведение птиц или изменения в облике растений и т.п.

Предсказание погоды

Целью данной исследовательской работы должно стать формирование умений прогнозировать погоду путем анализа произведенных метеорологических, фенологических и этологических наблюдений (см. табл. 4).

Табл. 4

Табл. 5

Метеорологическоеявление	Предшествовавшие наблюдения
	За какое время до явления	Метеорологические	Состояние растений	Поведение животных
	1–2 часа
	6 часов
	12 часов
	1 сутки
	2–3 суток

 

 

 

 

 

 

Поскольку в данной таблице будет фиксироваться состояние живых организмов и климатических факторов среды одновременно, то для составления прогноза будет необходимо ее переработать, выделив одной строкой климатическое явление и наблюдения, предшествовавшие ему за 1–2 часа, за половину суток, за сутки, за 2–3 суток (см. табл. 5).
В приведенной таблице предлагается проанализировать наблюдения, проведенные за указанные в графах промежутки времени. Данные промежутки можно скорректировать применительно к своим наблюдениям. По опыту знаем, что туристов особенно волнует наступление ненастной, дождливой погоды, а также признаки улучшения погоды.

Признаки наступления дождливой погоды
• Давление воздуха понижается.
• Днем и ночью температура почти одинаковая; в поле и в лесу, в низинах и на холмах одинаково тепло.
• В той части неба, откуда дует ветер, появляются перистые облака, вытянутые узкими полосками с загнутыми и «размазанными» концами – первые предвестники приближающегося циклона. Чем быстрее движутся эти облака, тем быстрее наступит ненастье: если они быстро приближаются к вам, то дождь пойдет через 8–12 часов, если они движутся медленно, то ненастье наступит лишь через 1–2 дня.
• Облачность постепенно усиливается, дождевые облака затягивают сплошной пеленой все небо.
• На ясном небе вокруг солнца или луны появляется большой белый круг.
• Ветер к вечеру усиливается, становится порывистым.
• Вечерняя заря приобретает ярко-красную или багровую окраску, солнце садится в тучу.
• Роса не оседает; если появляется туман, то он образует сплошную высокую завесу, а не низкую пелену и не исчезает после восхода солнца.
• Дым из труб (и от костра) в безветренную погоду низко стелется над землей.
• Ласточки и стрижи низко летают над землей.
• Птицы «купаются» в пыли.
• Лягушки прыгают в жаркий полдень в лесу, а под вечер – по дорогам.
• Собаки катаются по земле.
• Кошки вылизывают шкуру и прячут мордочку.
• Кислица, клевер, одуванчик, фиалка душистая, цикорий и др. закрывают свои цветки.
• Сильно пахнут цветы акации, жимолости, донника. Около них наблюдается много насекомых.
• Муравьи прячутся в муравейнике.

Признаки сохранения дождливой погоды
• Давление почти не меняется.
• Ветер слабый или штиль.
• Облачность сплошная, без прояснений.
• От падающих капель дождя на лужах образуются пузыри.
• Летающие насекомые прячутся в кронах деревьев и кустарников, под листьями травянистых растений.
• Куры не прячутся от дождя.

Признаки наступления хорошей погоды
• Атмосферное давление повышается.
• Вечером выпадает роса и остается до утра.
• Днем жарко, а ночью холодно.
• Во время дождя – сильный, порывистый ветер.
• Ветер усиливается днем и стихает к ночи.
• Исчезают серые рваные облака, в сплошной пелене появляются разрывы с голубым небом.
• Солнце садится в безоблачном небе.
• Ветви ели подняты вверх.
• Ласточки и стрижи летают высоко.
• Радуга возникает в первой половине дня.
• Ночь ясная со звездами.
• Пауки ткут паутину.

Признаки сохранения хорошей погоды
• Атмосферное давление относительно высокое и остается без изменений или медленно возрастает.
• В течение суток температура воздуха резко меняется: днем жарко, ночью прохладно.
• Вечером и ночью в лесу заметно теплее, чем на открытом месте, а в низине заметно прохладнее.
• Ветер слабый, усиливается днем и стихает к ночи.
• Вечерняя заря имеет золотисто-желтую окраску с розовым оттенком. Зеленоватая заря предвещает продолжительную сухую погоду.
• После захода солнца в низинах, над прудом, рекой, болотом появляется туман.
• Выпадает обильная роса, остающаяся до утра.
• Дым поднимается вертикально.
• Листья папоротника-орляка закручены вниз, ветви ели и можжевельника подняты вверх.
• Ласточки и стрижи летают высоко над землей.
• Пауки активны, строят новую паутину.
Можно было бы привести еще не одну примету, но мы думаем, юные исследователи сделают это сами, используя свои наблюдения.

Метеорологические наблюдения и их анализ

В результате этой работы у учеников формируются умения обрабатывать материалы своих наблюдений за погодой, делать выводы о состоянии погоды, составлять графики температуры, диаграммы облачности и осадков, розу ветров, давать описание погоды за день, месяц.
Данная работа значительна по своему объему и для самостоятельного выполнения учениками 6–7-х классов достаточно сложна, поэтому проводится под руководством педагога. Для учеников 8–10-х классов данная работа не составит большого труда, поэтому группа, состоящая из старшеклассников, может справиться без помощи руководителя.
Перед началом выполнения практической работы целесообразно еще раз обратить внимание учеников на различие понятий «погода» и «климат». Рассмотрим методику проведения этой работы, используя данные, полученные при наблюдении за состоянием погоды в районе Москвы.

Составление графика изменения температур(за день, неделю, месяц)
Эту работу можно начать с составления графика изменения средних температур в течение суток (рис. 3). Для этого используют данные, которые ученики определяют по термометрам. График изменения суточной температуры позволит ребятам сделать вывод о зависимости между высотой солнца над горизонтом и температурой. График может быть достаточно наглядным, если рядом с температурой в утренние полуденные и вечерние часы отмечать и положение солнца над горизонтом. Показатели, характеризующие отрицательные температуры, целесообразно отмечать синим цветом, а положительные – красным.

Рис. 3. График изменения средних температур с 1 по 15 марта в Москве

Построение графика изменения температур воздуха за неделю (месяц) формирует у учеников представление о том, что, несмотря на одинаковое положение солнца над горизонтом в определенные часы различных дней недели, температура этих дней иногда существенно различается из-за влияния направления движения ветра, облачности на температуру и на состояние погоды в целом.
Можно предложить ученикам построить график изменения температур в течение года, взяв за основу средние температуры отдельных месяцев всех сезонов года. Сопоставление графиков позволит ученикам самостоятельно сделать вывод о прямой зависимости между высотой солнца над горизонтом и средней температурой, объяснить наличие температурной разницы по сезонам года, влияние и роль температуры на развитие растительного и животного мира.
Перед построением графика все данные можно вписать в заранее подготовленную табл. 6.

Табл. 6

Высота Солнца	34°	57°30´	34°	10°30´
Температура воздуха (средняя)	–5 °С	+15 °С	+9 °С	–16 °С
Месяц года	Март	Июнь	Сентябрь	Декабрь

Табл. 7

 

Показатели облачности	Направление ветра и количество дней с таким направлением
	С	С-В	В	Ю-В	Ю	Ю-З	З	С-З
Ясно	3	2	0	1	2	5	0	0
Облачно	0	0	0	1	0	0	1	1
Переменная облачность	2	0	0	0	0	1	8	3
Итого дней	5	2	0	2	2	6	9	4

 

Построение розы ветрови диаграммы облачности
Для построения розы ветров данные наблюдений за любой месяц года анализируют и обобщают в форме таблицы (табл. 7), где отмечают направление ветра и количество дней, в течение которых ветер имел указанное направление. Затем на основе этих данных ученики вместе с педагогом строят розу ветров (см. рис. 4).
Построение розы ветров и диаграммы облачности позволит учащимся сделать правильный вывод о зависимости облачности от направления ветра, объяснить причины этой зависимости.

Рис. 4. Роза ветров и диаграмма облачности

Описание погоды за день, месяц ученикам предлагается дать по следующему плану.
1. За какой промежуток времени (день, неделю, месяц) дается описание.
2. Наибольшая, наименьшая и средняя температура воздуха, закономерность изменения температуры за указанный промежуток времени.
3. Осадки, их общее количество, вид осадков и время выпадения.
4. Облачность, распределение облачности по дням.
5. Направление и сила ветра. Роза ветров.
6. Атмосферное давление. Изменение давления.
7. Необычные атмосферные явления.
8. Влияние погоды на здоровье людей, их жизнь и деятельность.
9. Влияние погоды на состояние растений и поведение животных.