Содержание

1)Урок по окружающему миру в 3 классе "Что такое погода"

Максимова Ирина Епифановна

Учитель начальных классов

МАОУ СОШ №17 г. Улан-Удэ

Республика Бурятия

Класс: 3

УМК «Л.В.Занкова»

Урок окружающего мира

Тема: Тема: Что такое погода?

Тип урока: Урок «открытия» новых знаний

Цели: дать понятие “погода”; разъяснить значение предсказания погоды; познакомить с факторами, которые влияют на погоду; учить проводить простые наблюдения за погодой; отмечать наблюдения в календаре погоды при помощи условных знаков; развивать навыки самообслуживания, любознательность, наблюдательность; воспитывать бережное отношение к природе.

Оборудование: климатическая карта мира, иллюстрации с изображением разных погодных условий ( городские улицы зимой и осенью, купание в реке и т. п.), запись песни “У природы нет плохой погоды” ; приборы метеорологов (иллюстрации), карта погоды, иллюстрации – стихийные бедствия, жизнь на Земле в разные исторические периоды развития планеты,кроссворд, презентация, проектор.

Оборудование:

Мультимедиа, Презентация « Что такое погода ?»

«Окружающий мир»: 3 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений: С.И.Ожегов «Толковый словарь русского языка»

Карточки планирования УД

Ход урока:

  1. Организационный момент.

Слайд 1

Приветствие гостей

Слайд 2

  1. Психологический настрой

-Прозвенел для всех звонок, начинаем наш урок, прикоснитесь друг к другу ладошками, подарите уверенность в себе, улыбнитесь друг другу, чтобы наш класс наполнился ярким солнечным светом и теплом.

  1. ) Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности.

-Начинаем мы урок

Поудобнее садитесь, не шумите, не вертитесь,

Все внимательно читайте,

А спрошу вас – отвечайте.

- А поговорим мы сегодня, о важном для каждого человека на земле.

-Послушайте песню и определите тему нашего урока.

Слайд 3

Звучит песня «У природы нет плохой погоды »

 -Итак догадались, о чем мы сегодня будем говорить? ( О погоде.)

– Ничто в природе на нашей Земле не оказывает такого заметного влияния на жизнь каждого человека, как погода.

– Собираясь выйти из дома, люди обязательно смотрят в окно. Зачем? (Чтобы узнать, какая сегодня погода, чтобы знать, как одеться, брать ли зонт.)

- А еще как можно узнать? (По радио, телевизору, интернету)

- А как радио, телевидение и газета узнали о погоде?

О чём вы сегодня хотите поговорить на уроке?

-Что бы вы хотели узнать?

Слайд 4

- Что такое погода?

-От чего она зависит?

-Почему погода постоянно меняется?

-Откуда знают о погоде на завтра?

-Зачем о погоде надо знать заранее?

- Вы поставили перед собой вопросы.

Давайте вместе искать на них ответ.

3) Объяснение нового материала

-Утром, собираясь в школу вы слышите от родителей: «Сегодня плохая погода». Что это значит? (Дождь, ветер, мокрый снег…

-Попробуйте выбрать слова, которыми нельзя охарактеризовать погоду.

Слайд 5

Итог выбора.

-Какая же бывает погода? Прочитайте.

Слайд 6

-Итак, что же такое погода? Давайте разбираться.

Слайд 7

-Откройте учебник на странице 8.

-Найдите, какое определение дается в учебнике.

Чтение определения.

Слайд 8

- В словаре Сергея Ивановича Ожегова дается такое определение: «Погода – это состояние атмосферы в данном месте в данное время?»

- Какое слово оказалось непонятным? (Атмосфера)

Слайд 9

- Наша планета Земля окружена воздушной оболочкой – атмосферой.

-Ветреная, дождливая или солнечная, сухая-все эти характеристики погоды зависят от состояния атмосферы.

-У погоды есть несколко показателей.Что же это за показатели? Найдите в тексте.Выборочное чтение.

Слайд 10

Солнечные лучи нагревают воздушную оболочку. Земля вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси. Поэтому Солнце согревает нашу планету не везде одинаково. От действия солнечных лучей зависит температура воздуха в данной местности в данное время.

Слайды 11,12

Измеряют температуру воздуха термометрами и записываем так

+5 С -5 С

-Скажите какую t показывает термометр?

Запишите на доске.(+29 С)

-А эти? Запишите на доске.(+27 С)

- От чего ещё зависит погода?

- Мы живём на самом дне воздушного океана.

 -Воздушная оболочка Земли давит на поверхность планеты. Это называется атмосферным давлением.

 Слайд 13

 Прибор, который определяет атмосферное давление называется барометр

 Слайд 14

Атмосферное давление постоянно меняется и человек это давление не замечает.

- Из-за разницы в давлении образуется ветер.

 Слайд 15

 -При высоком давлении потоки воздуха стремятся занять место, где давление ниже. Струя воздуха стремится от высокого давления к низкому. Чем больше разница в давлении, тем сильнее ветер. Какие вы знаете ветры?

Слайд 16-17

Флюгер – указывает направление ветра (стрелка поворачивается в ту сторону, куда дует ветер).

Анемометр (ветрометр) – измеряет силу ветра (ветер толкает чашки, заставляя их вращаться вокруг вертикальной оси, счетчик фиксирует скорость их вращения).

-Рассмотрите условные обозначения ветра.

 Слайд 18

- Большая часть планеты Земля покрыта водой.

-Назовите водоёмы.

Вода под действием тепла испаряется, в атмосферу попадает большое количество влаги, которая в верхних слоях атмосферы охлаждается, образуя капельки воды. Они сливаются в облака и тучи. Когда тучи наполняются большим количеством влаги, они становятся тяжелее воздуха и что тогда? Идёт дождь.

-Как называется это природное явление ? (Круговорот воды)

Cлайд 19

-Так образуются осадки.

Слайд 20

Какие виды осадков вы знаете? 

Слайд 21-28

-Осадки бывают в виде дождя, снега, града, тумана, росы, инея.

- Вот так их обозначают схематично.

Слайд 29

Физминутка Слайд 30

ОБЛАКА

Посмотри, мой юный друг,

Что находится вокруг:

Небо светло-голубое,

Солнце светит золотое,

Ветер листьями играет,

Тучка в небе проплывает.

Подумайте, чего из перечисленного не бывает. На самом деле никаких туч не бывает – есть только облака, которые играют огромную роль в жизни нашей планеты. Они не случайно появляются и исчезают в небе. Внешний вид облаков и характер их развития могут о многом рассказать. Вы сами можете определить, какой будет погода, если повнимательней присмотритесь к облакам.

-Облака бывают разными.

- Именно они не дают проникать солнечным лучам и нагревать поверхность земли.

Перистые облака. 
Очень высокие и легкие

Предвестники потепления

Перисто-кучевые облака.
Полосы клубящихся облаков

Предвестники скорого дождя

Высоко-кучевые облака. 
Маленькие плотные белые облачка высоко в небе

 

Грозовые облака.
Более широкие в верхней части

Предвестники грозы и сильного ливня

Густые кучевые облака

Очень скоро будет сильный ливень

Плоские кучевые облака

К теплому солнечному дню

Слоисто-дождевые облака. 
Сплошные серые облака, затягивающие все небо

В самое ближнее время будет нудный моросящий дождь

Слайд 32-37

-Наличие в небе облаков называется облачностью.

- Какая бывает облачность.

-Рассмотрите условные знаки, обозначающие облачность

Слайд 38

5) Расширение кругозора обучающихся.

– Есть люди, для которых наблюдение за погодой является профессией. Кто знает название этой профессии?

Ученые ведут постоянные наблюдения за погодой, они составляют прогнозы – предсказания погоды на завтра, на несколько дней и даже недель вперед.

На метеорологической станции работают метеорологи. Слайд 39

- Со всей Земли приходят в метеоцентры сведения о погоде. Миллионы цифр! И синоптики составляют по этим цифрам карты погоды для всей планеты, страны, для области или города. Перед вами синоптические карты. 

Слайд 40. Прогноз погоды должен до нас доходить быстро.

- А зачем людям нужен быстрый и точный прогноз погоды?

В космосе работают метеоспутники, которые ведут фотосъёмку днём и ночью, используя специальные камеры. Слайд 41. Есть даже специальные метеорологические самолеты и корабли, оснащенные необходимым оборудованием. Слайд 42.

Народные приметы , которые тоже иногда помогают предсказывать погоду. 

IV. Закрепление новых знаний.

Практическая работа.

У вас на листочке есть 2 практических задания

1) Сейчас вы как синоптики попробуете записать с помощью условных знаков словесный прогноз погоды. ( Температура воздуха пять градусов тепла, пасмурно, дует ветер, идёт дождь).

2) Расшифруйте, записанный знаками прогноз погоды (добавлены знаки, о которых не шла речь на уроке

– 10 градусов).

Проверка работы.

Заслушать несколько ответов и оценить знания обучающихся

- Какие знаки вызвали затруднение? Кто знает, что они обозначают?

III. Обобщение и закрепление. Итог.

– Что включает в себя погода? (Температуру, давление, влажность, ветер, облачность, осадки.)

– На погоду влияют различные факторы. Попробуйте назвать главный. (Солнце.)

– С октября 1981 года специальные службы Москвы обеспечивают хорошую погоду в дни праздников, военных парадов. Каким образом это происходит? Что вам известно о вмешательстве человека в атмосферные процессы? (С самолетов в облака вводится твердая углекислота, она охлаждает воздух и за городом опадает в виде осадков.)

Домашнее задание: найти народные приметы

2) Рефлексия.

Отгадаем кроссворд Слайд 42

1) Наука о погоде…   ( метеорология)

2) Неизвестно, где живет. Налетит – деревья гнет. Засвистит – по речке дрожь. Озорник, не уймешь. (ветер)

3) Её узнать поможет нам термометр (температура)

4) Нашумела, нагремела, все промыла и ушла. И сады и огороды всей округи полила (гроза)

5) От количества облаков на небе зависит… (облачность)

6) Сочетание температуры воздуха, облачности, осадков, ветра зависит... (погода)

7) Снег, дождь, град – это… (осадки)

8) Небо чистое, солнечно. Мы говорим:... (ясно)

Домашнее задание: найти народные приметы

VI. Итоговая оценка деятельности и знаний обучающихся.

-Сейчас посмотрите, на столах у вас лежат карточки. Если урок вам понравился, вы всё поняли, то покажите желтую. Если же урок показался вам непонятным, скучным, неинтересным, то покажите красную

Отметки

Конспект урока для 3 класса «Что такое погода?»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кировская средняя общеобразовательная школа»

Смоленского района Алтайского края

КОНСПЕКТ ОТКРЫТОГО УРОКА

ПО ОКРУЖАЮЩЕМУ МИРУ В 3 КЛАССЕ

«Что такое погода?»

Курносовой Натальи Анатольевны,

учителя начальных классов

п. Кировский

2013

Тема: Что такое погода?

Цель урока. Создать условия для формирования представления о погоде как сочетании природных явлений в данный отрезок времени и на данной территории.

Задачи урока.

  1. дать элементарное понятие о погоде, выяснить причины непостоянства погоды;

  2. дать представления о том, как изучают погоду;

  3. сформировать представления о том, как вести элементарные наблюдения за погодой, работая с дневником наблюдений;

  4. продолжить работу над пополнением словаря учащихся, добиваться активизации словарного запаса, развивать устные речевые умения учащихся.

Тип урока: урок «открытия» новых знаний

Средства обучения: учебник: О.Н.Федотова, Г.В.Трафимова, С.А.Трафимова, Л.А.Царева. Окружающий мир, 3 класс; хрестоматии, тетради для самостоятельной работы, компьютер, проектор, карты открытий.

Использование ИКТ на данном уроке дает возможность:

- использовать для урока дополнительный красочный иллюстративный материал;

- с помощью теста быстро провести проверку усвоения материала урока.

Ход урока

Слайд

ПРИЛОЖЕНИЕ

Карта Открытий

№ п/п

Карта Открытий

№ п/п

Карта Открытий

№ п/п

Медицинские работники (врачи)

Работники сельского хозяйства

(полеводы, животноводы)

Работники транспорта (водители)

Дневник наблюдений за погодой

Дата

Сценарий урока

УУД

№1

  1. Мотивация к учебной к деятельности

- У природы нет плохой погоды. Каждая погода благодать.

Дождь ли, снег- любое время года надо благодарно принимать.

-Вы, конечно, догадались, о чём пойдет сегодня речь на уроке?

-Тема нашего урока: Что такое погода?

Регулятивные УУД: развитие мотивов учебной деятельности.

Коммуникативные УУД: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками.

Личностные УУД:  самоопределение.

№1

II. Постановка учебной задачи

- А что вы знаете о погоде?

-Чего не знаете, но хотите узнать?

Перед каждым из вас лежит Карта Открытий. Отметьте в колонках ЗНАЮ и ИНТЕРЕСНО, то, что вы знаете и что хотели бы узнать. Колонку УЗНАЛ заполните в конце урока.

-Сформулируйте цели урока.

Вы поставили перед собой вопросы. Давайте вместе искать на них ответы.

Коммуникативные УУД: умение оформлять свои мысли в устной форме с достаточной полнотой и точностью мысли.

Познавательные УУД: умение находить ответ на вопрос.

Регулятивные УУД: умение высказывать своё мнение.

№2

№3

  1. Актуализация знаний

-Какими словами нельзя охарактеризовать погоду?

Характеристики погоды разные, значит, она меняется.

-Почему она меняется?

Регулятивные УУД: умение высказывать своё предположение.

Личностные УУД: умение осознавать трудности и стремление  к их преодолению

IV. Построение проекта выхода из затруднения

- Обратимся к учебнику. Откройте его на стр.120, прочитайте «по цепочке» первые 2 абзаца. (2мин)

-Почему меняется погода? (движение теплого и холодного воздуха,..)

-Что значит «Одеться по погоде»?

-Выскажите свое мнение о том, что же такое погода, о которой говорят по телевидению, радио, дома и в школе?

Регулятивные УУД: уметь проговаривать последовательность действий на уроке.

Коммуникативные УУД: Уметь оформлять свои мысли в устной форме; слушать и понимать речь других.

№4

№5

№6

№7

№8

№9

№10

№11

№12

№13

№14

№15

№16

№17

  1. Реализация построенного проекта

Работа в парах.

-Прочитайте 2 абзаца на стр. 121 и посовещавшись закончите предложение: Погода – это… (3 мин)

- Выскажите ваши предположения

-Погода непостоянна и изменчива. Что же в ней меняется?

- Интересно, а кто-нибудь изучает эти изменения? (Существует специальная метеослужба. На орбите Земли вращаются спутники, передают сведения на компьютеры, расшифровываются и передаются в прогноз погоды. На метеостанциях с помощью приборов определяют нижнюю границу облаков, силу ветра, направление ветра, температуру воздуха и почвы, количество осадков)

На основе данных об изменениях в атмосфере строится прогноз погоды на последующие дни.

-Чтобы нам заметить эти изменения, за погодой нужно наблюдать.

На стр. 122 изучите условные знаки для ведения «Дневника наблюдений» за погодой.

-Что нового узнали?

С этого урока мы тоже будем вести наблюдения за погодой.

На доске примерная форма таблицы для дневника наблюдений. Люди уже давно наблюдают за погодой. Можно поискать в дополнительных источниках информации народные приметы хорошей и ненастной погоды.

Вчера был большой христианский праздник –святого Николая Чудотворца, это Николай-Заступник. (Никола зимний, студеный) "ПРИШЁЛ НИКОЛИН ДЕНЬ - БУДЕТ И ЗИМА НА САНКАХ" Святой Николай в жизни творил только добро. НИКОЛАЙ-ЧУДОТВОРЕЦ помогает, заступается за нас, творит чудеса. А завтра, 21декабря наступит день зимнего солнцестояния. Говорят: "Солнце - на зиму, зима - на мороз"; "Денёк на воробьиный скок прибавляется".

Регулятивные УУД: умение работать с источниками информации.

Личностные УУД: умение преодолевать трудности

  1. Первичное закрепление с проговариванием во внешней речи

1) - Ребята, используя информацию сети Интернет, расскажите о погоде на завтра. Прочитайте температуру по разному.

2) Скажите, пожалуйста, надо ли знать погоду людям разных профессий?

- Тогда я предлагаю вам поиграть в игру. Сейчас вы работаете в группах.

Каждая группа получит роль. Вам необходимо будет привести свои доводы, зачем людям вашей профессии надо знать прогноз погоды.(Медицинские работники, работники сельского хозяйства, водители транспорта)

Коммуникативные УУД: умение оформлять свои мысли в устной форме с достаточной полнотой и точностью мысли.

Познавательные УУД: умение находить ответ на вопрос, применить полученные знания

Регулятивные УУД: умение высказывать своё мнение.

  1. Самостоятельная работа с самопроверкой по эталону

1) Самостоятельная работа

- Ребята, используя свои наблюдения, расскажите о той погоде, которую наблюдаете сейчас за окном. Запишите ее условными знаками в тетрадь для самостоятельных работ.

Регулятивные УУД: уметь проговаривать последовательность действий на уроке .
Уметь планировать своё действие в соответствии с поставленной задачей

№18

  1. Включение новых знаний в систему закрепления и повторения

1)Кроссворд (см. Презентацию)

2)Работа с тестом

Коммуникативные УУД:  умение  точно выражать свои мысли.

Регулятивные УУД:  самооценка.

Познавательные УУД: умение применять полученные знания

  1. Рефлексия учебной деятельности

- Положите перед собой Карты Открытий. Заполните последнюю колонку «Узнал». Озвучьте, что вы узнали сегодня на уроке, какой информации было мало?

Сегодня мы с вами говорили о погоде. А как вы понимаете «Главней всего - погода в доме»? Я желаю вам и нашим гостям хорошей погоды в ваших домах, а НИКОЛАЙ ЧУДОТВОВЕЦ обязательно поможет вам в ваших добрых делах.

- Домашнее задание: с.122 выучить знаки, вести наблюдения за погодой. Подобрать народные приметы о погоде.

Коммуникативные УУД:  умение  с достаточной  полнотой и точностью выражать свои мысли.

Регулятивные УУД:  самооценка.

Вопрос

Знаю

Интересно

Узнал

1

Что такое погода?

2

Какие условные знаки для обозначения погоды ты знаешь?

3

Для чего надо знать погоду?

4

Почему погода изменяется?

Вопрос

Знаю

Интересно

Узнал

1

Что такое погода?

2

Какие условные знаки для обозначения погоды ты знаешь?

3

Для чего надо знать погоду?

4

Почему погода изменяется?

Вопрос

Знаю

Интересно

Узнал

1

Что такое погода?

2

Какие условные знаки для обозначения погоды ты знаешь?

3

Для чего надо знать погоду?

4

Почему погода изменяется?

температура

облачность

осадки

ветер

Урок окружающего мира в 3 классе "Что такое погода. Народные приметы." | План-конспект урока по окружающему миру (3 класс) на тему:

Муниципальное образование Гулькевичский район, пос. Кубань

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа №22 пос. Кубань
муниципального образования Гулькевичский район

Гулькевичский район, пос. Кубань ул. Школьная,2                          

Урок окружающего мира по теме:

«Что такое погода. Народные приметы погоды».

З класс

Система Л. В. Занкова

2014 год

Предмет: окружающий мир Дмитриева Н. Я., Казаков А. Н. «Развивающая система Занкова»

 Класс: 3

Учитель:  Кадигробова Ольга Алексеевна

Тема урока: «Что такое погода. Народные приметы погоды»

Задачи урока:

1. Дать элементарное понятие о погоде, выяснить от чего зависит погода, почему погода непостоянна; дать представление о том, как вести элементарные наблюдения за погодой.

2. Создать условия для развития УУД :

  • Личностные УУД: способность к самооценке на основе критерия успешности учебной деятельности.
  • Регулятивные УУД: определять и формулировать цель на уроке с помощью учителя; планировать своё действие в соответствии с поставленной задачей; вносить необходимые коррективы в действие после его завершения на основе его оценки и учёта характера сделанных ошибок.
  • Коммуникативные УУД: слушать и понимать речь других; оформлять свои мысли в устной форме.
  • Познавательные УУД: - организация работы по  обобщению  информации из учебника, обучение умению анализировать представленный материал путём наблюдения.

 Ожидаемые результаты:

      Предметные

  • знать что такое погода;
  • знать, из чего складывается погода;
  • знать, как предсказывают погоду;
  • использование учащимися приобретённых знаний и  умений в практической деятельности и повседневной жизни.
  • обогащение словарного запаса

  Метапредметные:

  • уметь получать информацию из практической деятельности.
  • быть толерантным к мнению одноклассников.
  •  уметь контролировать свою деятельность по ходу и результатам выполнения задания.

Тип урока: изучение нового материала.

Формы работы: индивидуальная, фронтальная, работа в парах, групповая работа

Оборудование: презентация «Что такое погода»; видеоклип «У природы нет плохой погоды», ПК, проектор,Mimio Studio, система голосования, экран; кроссворд

             

                                          Ход урока

  1. Организационный момент.

- Отгадайте загадки.

Он давно по окнам лупит,

Видно капли из-за штор.

Если мама зонтик купит –

Я смогу пойти во двор. (Дождь)

 

Он с утра уже метет,

Бьется в окна спаленки.

Ваня погулять идет –

Надевает валенки. (Снег)

 

Он спустился утром рано,

Белый-белый и густой.

Воздух вымазал сметаной.

Отгадай, кто он такой. (Туман)

 

Страшно выйти на крылечко –

Он сегодня просто лют.

Льдом сковал и нашу речку,

И большой соседний пруд.

А теперь задам вопрос –

Кто зимой нам щиплет нос? (Мороз)

 

Летний гость все раскалил,

Стал асфальт, как печка.

"Ох, скорей бы дождь полил!" –

Просит наша речка.

"Сохнуть я уже устала,

Из-за гостя мельче стала!" (Зной)

       -О чём мы сегодня будем с вами говорить?

- Правильно о погоде. Послушайте песню «У природы нет плохой погоды» (Приложение1)

 – Что можете сказать о погоде осенью? (Меняется, с утра – солнце, днем – облачность, вечером – осадки.)

– Дежурные «синоптики», сообщите прогноз погоды на сегодня.

Октябрьский гром – зима бесснежная.

Перелетные птицы летят высоко – будет много снега.

Появление комаров поздней осенью – к мягкой зиме.

Отлет журавлей сигналит, что кончилось лето, наступила осень.

Гром в сентябре предвещает теплую осень.

Сентябрь – новосел осени, желтый месяц, златоцвет.

Чем суше и теплее простоит сентябрь, тем позднее наступит зима.

II.  Мотивация учебной деятельности.

В календаре погоды вы ежедневно отмечали, как в нашей местности изменяется температура воздуха, облачность, осадки, направление ветра.  Давайте откроем календари наблюдений  и ответим, какие изменения происходили.

Глухим и слепым выглядит современный человек (особенно горожанин), оставшись наедине с природой. Не видит, не слышит, как объясняется с ним природа на языке звуков, движений, красок.

Наша задача – научиться понимать язык природы, познакомиться с многообразием народных примет.

III. Повторение изученного.

«М е т е о р о л о г и ч е с к и й   к р о с с в о р д» (атмосферные явления) – работа в группах.

П о   г о р и з о н т а л и:

2. Тучка по небу гуляла,

    Тучка бусы растеряла.

    Скачут бусы по дорожке,

    Как хрустальные горошки.

3. Что за чудо-красота!

    Расписные ворота

    Появились на пути –

    В них ни въехать ни войти!

5. У избы побывал –

    Все окно разрисовал,

    У реки погостил –

    Во всю реку мост мостил.

7. Когда он отдыхает,

    На время все стихает,

    И листья не колышутся,

    И шороха не слышится.

П о   в е р т и к а л и:

1. Воздушные вихри, возникающие в том случае, когда быстро поднимающаяся масса теплого воздуха закручивается сильным ветром.

4. Нашумела, нагремела,

    Все промыла и ушла,

    И сады, и огороды

    Всей округе полила.

5. Рассыпала Лукерья

    Серебряные перья,

    Закрутила, замела –

    Стала улица бела.

6. Не снег и не лед,

    А серебром деревья уберет.

– Посмотрите сценку «Ветер, солнце и мороз» по мотивам украинской народной сказки.

Автор. Встретились прохожему трое. Он поздоровался и пошел дальше. Каждый из троих доказывал, что путник приветствовал только его одного. Спорили, спорили и решили узнать правду у самого путника. Догнали его и спросили:

– Кому ты, добрый человек, поклон отвесил?

Путник. А вы кто такие будете?

Солнце. Я – Солнце.

Мороз. Я – Мороз.

Автор. Третий назвался Ветром.

Путник. Ветру я поклонился.

Солнце (разозлившись). Ах, так! Сожгу твою ниву, с голоду помрешь!

Мороз. Я превращу тебя в ледяную сосульку!

Ветер. Не бойся, иди с миром. Налетит жара – подую прохладой, воды принесу, не сгорят твои посевы. А в лютую стужу теплом дохну, отогрею!

– Как вы думаете, что сильнее: мороз, ветер, солнце? А что важнее для человека? (Солнце.) Почему? (От него зависит жизнь на Земле, оно делает погоду.)

– Что такое погода? Погода – состояние атмосферы в рассматриваемом месте в определенный момент или за ограниченный промежуток времени (сутки, месяц). Обусловлена физическими процессами, происходящими при взаимодействии атмосферы с космосом и земной поверхностью. Характеризуется метеорологическими элементами и их изменениями.

– Что мы имеем в виду, когда говорим о погоде? (Состояние неба, облаков, количество осадков, силу и направление ветра, температуру воздуха и т. д.)

– Какая наука занимается изучением погодных условий? (Метеорология.)

– Что вам известно об этой науке?

О том, что приготовила погода на завтра и в ближайшие дни, мы обычно узнаем вечером, сидя у радиоприемника или телевизора, когда диктор объявляет: «Передаем сводку погоды». (Приложение2)

Новую страницу в предсказании погоды открыли специальные спутники. За сутки над одной и той же точкой земной поверхности такой спутник пролетает дважды – один раз днем, второй раз ночью – и видит вокруг с помощью приборов на пять тысяч километров. Спутники службы погоды позволяют предсказать тайфуны, ураганы, смерчи, снежные бури, помогают следить за движением циклонов.

Наука «метеорология» сравнительно молодая. А потребность предвидеть погоду появилась у человека давно, когда первобытные люди стали пахать землю и разводить скот. Засухи и наводнения, ливни и ураганы, морские штормы и черные бури, запоздалые или ранние заморозки и другие стихийные бедствия часто уничтожали посевы и лишали людей пищи, корма для скота, разрушали жилища. Нужно было научиться вовремя узнавать о ненастье и предвидеть погоду. В результате многолетних наблюдений появились народные приметы погоды.

IV. Изучение нового материала.

– Откройте учебник на странице 13–14. Прочитайте народные приметы. О чем все они говорят? (Об изменении погоды.)

– На какие группы можно разделить эти приметы? (Приметы хорошей погоды, приметы ненастья.)

– Прочитайте приметы хорошей погоды. Будьте внимательны, не ошибитесь.

Учащиеся читают  н а р о д н ы е   п р и м е т ы хорошей погоды:

џ если днем приятный теплый ветер дует с водоема на сушу;

џ вечерняя заря имеет золотисто-желтую окраску с розовым оттенком;

џ после захода солнца в низинах, над водоемами появляется стелющийся туман;

џ дым от костра и из труб поднимается прямо вверх.

– Прочитайте приметы ненастья:

џ если днем жарко, душно и быстро увеличиваются кучевые облака;

џ вечерняя заря приобретает ярко-красную или багровую окраску;

џ дым из труб и от костра стелется низко над землей;

џ цветки мальвы, ноготков закрываются;

џ не стрекочут кузнечики;

џ ласточки летают низко над землей;

џ бурундуки издают булькающие звуки.

– Докажите свои предположения. (Днем жарко и душно, летают ласточки, цветут ноготки, одуванчики, стрекочут кузнечики.)

Русский народ, вникая в ход развития природы, научился по приметам строить краткосрочные и долгосрочные прогнозы, объясняя это тем, что «не примечать – хлебушка не едать», «без примет ходу нет».

Знания эти передавались из поколения в поколение, и до наших дней дошли лишь наиболее верные, наиболее тонко отражающие закономерности в явлениях природы. Так сложился народный календарь – наследие наших предков, своего рода колыбель научного естествознания.

Вы, конечно, читали сказку Маршака о двенадцати братьях-месяцах. Помните, она начинается так: «Знаешь ли ты, сколько месяцев в году? Двенадцать. А как их зовут? Январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь.

Только закончится один месяц, сразу же начинается другой. И ни разу еще не было так, чтобы февраль пришел раньше, чем уйдет январь, а май обогнал бы апрель.

Месяцы идут один за другим и никогда не встречаются».

– Кто знает, откуда у братьев-месяцев их имена? Почему первый месяц года мы называем январем, третий – мартом, седьмой – июлем, а десятый – октябрем? Кто придумал месяцам названия и что эти названия означают? А вот послушайте!

Нынешние названия месяцев существовали еще в Древнем Риме, более двух тысячелетий назад. И хотя календарь наш с той далекой поры претерпел немало изменений, названия, порядок и количество месяцев в году – двенадцать! – сохранились до наших дней.

– Дежурные рубрики «Это интересно» представят вашему вниманию народный календарь на осень.

Убран богатый урожай. Наступает осень. Деревья одеваются в золотые и багряные уборы, травы на лугах желтеют и сохнут. Это месяц «жовтень», или «желтый». Сейчас его называют сентябрем. Десятый месяц был назван октябрем, от латинского слова «октобер» – восьмой.

Октябрь – «листопад» или «грязник».

Ноябрь – «грудень». Почему «грудень»? Потому что уже ударили морозы, но снегу еще мало и на месте недавней грязи лежат замерзшие комья земли – «грудки».

Одиннадцатый месяц назван ноябрем, от латинского «новембер» – девятый.

V. Проверка домашнего задания.

– Давайте проведем аукцион «Осенние приметы».

Приметы связаны со всем: с цветом неба, с росой и туманами, с криком птиц и яркостью звездного света.

Р а б о т а   п о   г р у п п а м: какая группа последней назовет примету осени, та и выигрывает.

VI. Изучение нового материала.

Примет так много, что о них можно было бы написать целую книгу. В приметах заключено много точного знания и поэзии. Есть приметы простые и сложные. Прочитайте приметы, написанные на доске.

Лягушки квакают – к дождю.

Бабье лето ненастно – осень сухая.

Комары в ноябре – быть легкой зиме.

Гуси летят высоко – будет много снега, низко – мало.

Перед ненастьем муравьи уползают в муравейник и закрывают вход.

– Как вы думаете, это простые приметы или сложные?

– Почему вы так думаете? (Эти приметы легко наблюдать, трудно ошибиться.)

– Правильно. Но есть приметы очень сложные.

Иногда небо вдруг кажется очень высоким, а горизонт сжимается, кажется близким, до горизонта как будто не больше километра. Это признак будущей ясной погоды.

Иногда в безоблачный день вдруг перестает брать рыба. Реки и озера мертвеют, как будто из них навсегда ушла жизнь. Это верный признак близкого и длительного ненастья. Через день-два солнце взойдет в багровой зловещей мгле, а к полудню черные облака почти коснутся земли, задует сырой ветер и польются томительные, нагоняющие сон обложные дожди.

 Динамическая пауза

Звучит композиция «Времена года». Под музыку выполняем движения.

( Как кружатся листики, ловим снежинки, шлёпаем по лужам)

– Сегодня ребята будут выступать в роли лекторов. Они приготовили интересный материал по теме урока.

Ваша задача – внимательно слушать, запоминать интересные факты, задавать вопросы по выступлению и составить письменный план лекции.

Т е м а   л е к ц и и  «Живые барометры».

1-й ученик. Уже давно замечено, что некоторые растения и животные довольно точно предсказывают погоду. Известен, например, такой исторический факт. Осенью 1974 года французская армия вступила на территорию Голландии. У голландцев не было достаточного количества солдат и вооружения, чтобы оказать сопротивление противнику. Они открыли шлюзы каналов и затопили дороги, обочины, поля. Путь французским войскам был закрыт, они стали готовиться к тому, чтобы покинуть Голландию, как вдруг командующий войсками отдал приказ задержать отступление. Основанием для такого приказа было полученное командующим сообщение о том, что неожиданно пауки начали энергично плести паутину. А так они обычно ведут себя при наступлении сухой и холодной погоды. И действительно после временного потепления наступили морозы. Вода замерзла, и уже ничто не могло остановить французские полки.

2-й ученик. Предсказать погоду можно по поведению птиц. Так, например, воробьи, обычно подвижные, драчливые, порою становятся вялыми, сидят, нахохлившись, – это перед дождем. Но вот они в продолжительное ненастье оживились и зачирикали – значит, можно ожидать наступления ясной погоды. Нередко воробьи среди зимы начинают собирать пух и перья около курятников и тащить их в свои укрытия, словно собираются вить гнезда и выводить птенцов. Оказывается, как показали наблюдения, чуткие птицы утепляют ночлеги: через несколько дней наступят сильные морозы. Ранний отлет многих птиц в предосеннее время, как правило, предшествует похолоданию.

3-й ученик. Остро чувствуют атмосферные изменения многие виды рыб. Например, сом перед грозой и ненастьем обязательно всплывает, пугая верховодок. Рыба голец в ясную погоду лежит на дне аквариума без движения. Но вот голец начинает сновать вдоль стенок аквариума – жди ненастья. А если голец начинает сильно метаться по аквариуму, то будет дождь. Подмечено, что ошибается голец в 3–4 случаях из 100!

4-й ученик. На изменения погоды чутко реагируют и растения. Например, заячья капуста, которая растет в густых ельниках, перед ясной сухой погодой на ночь закрывает свои цветки. Если этого не произошло, утром надо ждать дождя. Многие садоводы заячью капусту сажают в горшки и держат ее в квартире вместо барометра.

5-й ученик. Аналогично реагирует на изменения погоды и остальная природа – вода, почва, небо. Сельские жители, например, знают, что перед сильным ненастьем, которое обычно связано с приближением циклона, а следовательно, со значительным понижением давления, в водоемах (колодцах, прудах, ключах) повышается уровень воды, в канавах, на болотах появляются пузыри, слышно бульканье, острее начинает ощущаться запах гниющих листьев и травы или водорослей (понижение давления способствует распространению вширь и вверх запахов гниения, которые при высоком давлении обычно держатся у самой поверхности земли).

К о н к у р с  1. Впишите в пословицы названия осенних месяцев и докажите свою правоту.

Холоден ... (сентябрь), да сыт.

... (Ноябрь) – ворота зимы.

В ... (сентябре) и лист на дереве не держится.

... (Октябрь) – ложка воды, ведро грязи.

В ... (ноябре) мужик с телегой прощается, в сани забирается.

За каждый правильный ответ команда получает одно очко.

К о н к у р с  2. Учитель спрашивает, дети отвечают, ответы учитель фиксирует на доске.

Плохая погода (ненастье).

Пора сбора урожая (осень).

Осадки (дождь).

Июнь, июль, август (лето).

Листья пожелтевшие по ветру летят (листопад).

– А теперь проявите смекалку. Вставьте эти слова в русские приметы и поговорки, посвященные осени.

Поздний (листопад) к суровой и продолжительной зиме.

В сентябре лето кончается, (осень) начинается.

Сырое (лето) и теплая осень – к теплой зиме.

В осеннее (ненастье) семь погод на дворе: сеет, веет, кружит, мутит, рвет, сверху льет, снизу метет.

Весной (дождь) парит, осенью мочит.

За каждую правильно составленную примету – 2 очка.

К о н к у р с  3.

– Какие вы знаете народные приметы, дающие ориентиры? (Необходимо осмотреться.)

– С какой стороны холма появляются первые проталины? А с какой стороны холмов, деревьев, камней задерживается последний снег?

– С какой стороны холма трава растет гуще и выше в обычное лето, а с какой – в засушливое?

– У отдельно стоящих деревьев ветки бывают гуще с какой стороны? Почему? Кора светлее с какой стороны? (С южной, выгорает.)

– Больше смолы на коре с какой стороны? (С южной стороны.)

– Где растут мох и лишайники? (Мох и лишайники больше растут на северной стороне деревьев и пней.)

– Куда «смотрят» цветы? (Многие цветы «смотрят» на солнце, хотя его и не видно.)

– Где чаще всего растут грибы? (Грибы чаще растут в тени – с северной стороны.)

(За правильный ответ – 3 очка.)

К о н к у р с  4.

– Какие  приметы,  помещенные  в  учебнике,  проиллюстрированы?
(Стрекочут кузнечики, стелется туман, дым от костра, цветы закрываются.)

– Попробуйте проиллюстрировать другие приметы (одну примету хорошей погоды, другую – ненастья.)

К о н к у р с  5.  В и к т о р и н а  «Народные приметы». (Приложение2)

– Предсказывать погоду можно по поведению растений, животных. Предлагаю вашему вниманию приметы, в которых надо дописать:

1. Названия животных.

… купается к ненастью. (Ворона.)

… выходят из-под земли – хорошей погоды не жди. (Кроты.)

… кричат к дождю. (Журавли.)

… работают – погода меняется. (Пауки.)

Когда … после  заката  солнца  неустанно  летают – жди  ясной  погоды. (Летучие мыши.)

… много и долго поют – сохранится хорошая погода. (Жаворонки.)

… летают высоко – на сухую погоду. (Ласточки.)

… перелетают стайками с места на место – перед сильным ветром. (Воробьи.)

... стаями с криками вьются над гнездами – погода переменится. (Грачи.)

… проснулись  рано  и  жужжат  сильно – к  хорошей  погоде,  теплу.
(Мухи.)

2. Названия растений.

Отцветают … – падают холодные росы. (Розы.)

… перед дождем поднимает ветви. (Ель.)

… сближает листочки, наклоняется – перед ненастьем. (Клевер.)

Закрыт цветок … – жди дождя. (Фиалки.)

Если  рано  утром  …  развернут  венчики – жди  ясной  погоды.  (Ноготки.)

Листья … закручиваются книзу – к сухой погоде. (Папоротник.)

Если летом много … , то  зима будет теплой. (Щавель.)

С листьев … обильно капает влага – перед ненастьем. (Ива.)

Если нет … , то нет и гречихи. (Рябина.)

Если на … много шишек – год будет добрый. (Сосна.)

VII. Рефлексия деятельности.

Старайся наблюдать различные приметы.

Пастух и земледел в младенческие леты,

Взглянув на небеса, на западную тень,

Умеют уж предречь и ветр, и ясный день,

И майские дожди, младых полей отраду,

И мразов ранних хлад, опасных винограду.

                                        А. С. Пушкин

– Как вы понимаете эти слова?

Учитель демонстрирует плакат «Цветочные часы».

– Как вы думаете, что это? (Ответы детей.)

– Тайну цветочных часов человеку удалось разгадать: различные цветы в разное время суток открывают и закрывают свои лепестки.

А сколько ещё неразгаданных тайн у природы. Будьте природе другом –  и она обязательно поделится с вами своими секретами.

П о д в е д е н и е   и т о г о в   к о н к у р с о в.

Тестирование по теме «Погода» (использование системы голосования) (Приложение 3)

 – На следующем уроке мы продолжим разговор о погоде.

Домашнее задание. Обсудите с родителями, какая погода характерна для нашего города летом, осенью, зимой и весной. Сравните с сезонами прошлого года. Вспомните, что вам известно о климатических поясах.

Погода. Прогноз погоды | План-конспект урока по окружающему миру (3 класс):

Тема: Погода. Прогноз погоды.

Задачи: Формирование знаний о погоде ,  её типах и причинах влияющих на её изменение. Знакомство с метеорологическими приборами, условными обозначениями.

Формирование умения анализировать синоптические карты, составлять прогноз погоды  .

Развитие умений анализировать, делать выводы, работать в группах.

Развитие критического, логического и творческого мышления.

Воспитание любви и бережного отношения к природе, позитивного настроя к различным  проявлениям погоды.

Тип урока: изучение нового материала

Оборудование :наглядный материал « Времена года», карточки с условными обозначениями

                                         

                                                        ХОД УРОКА.

1.МОБИЛИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ

- Дети вам тепло?

-В классе светло?

-Прозвенел уже звонок?

- Начался уже урок?

-Хотите учиться?

- Значит можно всем садиться!!!

2.Постановка проблемы. Мозговая атака.

Перед вами иллюстрации с изображением природы.  (осенний дождь, гроза, метель,ясный солнечный день и т. д)    

-Что их объединяет?

- Чем отличаются они друг от друга? Назовите одним словом. ( ПОГОДА)

-А какая бывает погода?

 Продолжи…

То   тёплая,   то ….(. холодная)  

То тихая,   то  ….( ветреная),

То ясная,    то……( пасмурная),

То сухая ,   то…….( дождливая).

У. –От чего зависит такое состояние природы?

(от состояния неба, облаков, осадков, ветра, температуры воздуха)  

У. А какая погода нравится вам?(ответы детей)

 ЗВУЧИТ ПЕСНЯ « У ПРИРОДЫ НЕТ ПЛОХОЙ ПОГОДЫ»  слайды

У. «Не браните погоду, если бы она не менялась, то девять человек из десяти не смогли бы  начать ни одного разговора»                        

                                                                                           Френк Хаббарт                   

У. – Как вы понимаете эти слова?

У.  О погоде можно сказать, что она преподносит нам сюрпризы.

Люди умели предсказывать погоду давно, когда ещё не было и в помине науки такой – метеорологии. В древние  времена погоду предсказывали по народным приметам. Но чтобы предсказать погоду точно, одних примет недостаточно. Тепло, а сколько градусов? Ветрено , а с какой скоростью дует ветер?      Не  грозят  ли бури , град, наводнение?

Так какое нам нужно предсказание погоды? (ответы детей)  

   ВОТ КАКОЕ НАМ НУЖНО ПРЕДСКАЗАНИЕ- ТОЧНОЕ,НАУЧНОЕ, ЕГО НАЗЫВАЮТ ПРОГНОЗ ПОГОДЫ.

 3 СОСТАВЛЕНИЕ КЛАСТЕРА (ПРОГНОЗ ПОГОДЫ) используя иллюстрации, термины.

(работа у доски)                                                                            

                               

У.  Сейчас в России расположено множество метеостанции

 Наши станции входят во Всемирную метеорологическую сеть,   ведь погода не имеет границ.

Информация о предстоящей погоде должна быть максимально достоверной. Это основной критерий  её качества.

-Обоснуйте ,почему?

 РАБОТА ПО ГРУППАМ

1

ФАЗА ОСМЫСЛЕНИЯ

   5. ЗАСЛУШАТЬ СПИКЕРА ОТ КАЖДОЙ ГРУППЫ 

1 ГРУППА.                     НАРОДНЫЕ ПРИМЕТЫ:

-Солнце садится в тучи ….. – жди дождя.

-Красный закат-… к ветру.

- Сильный снегопад -…. морозы ослабнут.

-Кошка свернулась клубком и прикрыла нос лапкой …- к похолоданию.

-Нет звёзд на небе -.. к ненастной погоде.

- Пчёлы перед дождём ….. – резко летят в свой улей.

- Если  осенью в лесу мало грибов-…. зима снежная и суровая.

- Лягушки квакают без остановки ….- перед дождём.

- Цветы календулы, когда закрывают свои лепестки- предвещают нам ненастную погоду.

-Если видите много пауков плетущую паутину - надо ждать хорошей погоды

(СЛАЙД №5)

ЗАДАНИЕ  

На слайде изображены  природные явления, животные, птицы – детям необходимо продолжить народную примету.

Все живые существа зависят от природы, когда она меняется, а мы ещё ничего не замечаем, многие животные уже чувствуют перемену и по – другому ведут себя.

Но чтобы предсказать погоду точно, одних примет недостаточно.

2 ГРУППА   СИНОПТИКИ

У. В  городах и сёлах, в тайге и в пустыне, в океане и на льдинах, высоко в горах  работают метеостанции. Каждые 3 часа, в одну и ту же минуту, на всех метеостанциях земного шара метеорологи измеряют погоду.

 9.000 метеорологических станций участвуют в обмене данных.

0- 3-6 -9 12 -18-21ч.

                                                               ПРИБОРЫ:                                                                                                                        ( СЛАЙД №6- 16     )

1 ТЕРМОМЕТР-           определяет температуру воздуха.

2.ГИГРОМЕТР -                измеряет влажность воздуха.

3. ФЛЮГЕР (АНОМЕТР) – измеряет  скорость ветра.

4. ДОЖДЕМЕР –               определяет  количество осадков

5. БАРОМЕТР –                  измеряет давление воздуха

    А ещё  круглый год бороздят моря и океаны научные суда, вокруг Земли вращаются метеорологические спутники, ведётся наблюдение с космических кораблей.   (слайд 17)

3 ГРУППА.    МЕТЕОРОЛОГИ

 У.Со всей земли приходят в метеоцентры донесения о погоде. Миллионы цифр и знаков!!!!

И синоптики составляют по этим данным карты погоды.. Погоду надо предсказывать быстро, чтобы прогноз поспел  вовремя. Поэтому синоптикам помогают электронные машины , компьютеры.

4 ГРУППА.

У.Кому нужно знать погоду?  Всем!!!Каждый человек хочет знать погоду на завтра .Знать погоду бывает очень важно, но иногда просто необходимо.

Работа по слайдам № 21    

Лётчик-                        агроном-

Водитель-                    фермер-

Учитель-                      продавец-

Врач-                            спортсмен-

Да что там говорить! Сводку погоды ждут самые разные люди: рыбаки и геологи, путешественники и садоводы, строители и учёные .Одним нужно знать, какой будет погода к вечеру, других интересует прогноз на завтра, третьих- на неделю или на месяц вперёд.

                                       Прогноз погоды бывает:

1.прогноз текущей погоды –сейчас,0-2ч.

2. сверхкраткосрочный   -0-12 ч.

3 краткосрочный – 1-3 суток

4. среднесрочный -3-10 суток

5.  расширенный прогноз –от1 месяца до 2 лет

     6    ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

- Как вы думаете для чего нужно знать погоду?

Попробуйте теперь сами составить прогноз погоды

 

5  Переходим к рубрике «  Это интересно» .

 У. Вначале придумайте и запишите по одному вопросу.  Что ещё нового интересного хотите узнать по этой теме . И может быть эта рубрика поможет вам ответить на интересующие вас вопросы.

- Зачитывается  один вопрос ( самый интересный от группы)

На какие-то вопросы мы сможем ответить, а на какие-то придётся обратиться к энциклопедиям или интернету.

  ЭТО  ИНТЕРЕСНО!!! (СЛАЙД №       )

1. Самый первый прогноз погоды был показан  в АНГЛИИ  в 1936 г. 76 лет назад

2Самая жаркая погода была в 1922г. 13 сентября в Ливии + 58  С.

Песок и камни раскаляются так, что можно испечь яйцо, а ходить можно в обуви с толстой подошвой.

3. Самая низкая температура 21 июля 1983 г. в АНТАРКТИКЕ  - 89 С, людям приходится работать в спец. одежде с электроподогревом.

4.СИНОПТИЧЕСКИМИ СПОСОБНОСТЯМИ обладают более 600 представителей

животного мира

6. А за бортом космического корабля температура – 200 С

 7 РАБОТА В ГРУППАХ. « НОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ» ( ЗАВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ НА рисунках) ВЫВЕШИВАНИ ПЛАКАТОВ. Сравнительный анализ.

8. Оценить «погоду» на  уроке используя условные обозначения.(облачко)

10. «Круговое» оценивание друг друга ( передайте по кругу облачко со своим именем выставляя оценку своему товарищу по группе)

ПОЖЕЛАНИЕ УЧИТЕЛЯ:

У природы нет плохой погоды,

Но не выйдет солнышко из моды!!!  (слайд №21)

  Желаю вам хорошей погоды в вашей семье и в школе !

     

 

Готовый научный дневник для 3 класса по окружающему миру

Инструкция по заполнению научного дневника для 3 класса.

Научный дневник по окружающему миру для 3 класса рассчитан на год. Наблюдения за погодными условиями проводятся круглый год, начиная с осени до конца лета. Каждый месяц требуется по одной неделе уделить заполнению дневника. Последовательное заполнение страниц дневника не потребует много времени. Как правильно это сделать расскажет данная инструкция.

Внимание!

Все данные в дневник вносятся самостоятельно. Приведенные в дневнике данные о температуре, погодных условиях, даты погодных явлений, являются примерными, и зависят от региона наблюдения и года.

Наблюдения за погодой

Задание 1.

Для обозначения различных явлений погоды используй уже известные тебе условные знаки. Вспомни их и подпиши. Если потребуется, посмотри расшифровку знаков в «Научном дневнике» для 2 класса.

Смотреть Научный дневник 2 класса

Выполнение:

Подпишем обозначение условных знаков, как показано в примере.

Задание 2.

Наблюдай за погодой осенью, зимой, весной, летом. Каждый месяц проводи наблюдения и измерения в течение одной недели (примерно в середине месяца). Результаты заноси в таблицы, пользуясь условными знаками.

Выполнение:

Каждый месяц выбирается одна неделя для наблюдения за погодными условиями. Лучше выбирать неделю в середине месяца.

Каждый день на выбранной неделе в журнал наблюдений заносятся следующие данные: дата, дневная температура (максимальная), погодные условия.

Погодные условия обозначаются с помощью условных знаков.

Обратим внимание, что осенью часто возможны дожди, а к концу ноября даже снег. В сентябре возможны туманы. Отмечаем эти явления в дневнике.

Зимой дожди большая редкость, но часто случаются снегопады и метели.

Весной дождей обычно не много, большая часть дней ясные. Но в мае начинаются первые грозы, если температура воздуха становится достаточно высокой. Не забываем отмечать эти явления в дневнике условными знаками.

Летом, особенно в июле, гроз будет много больше. В это время стоит сильная жара, и сильные испарения приводят к выпадению ливневых осадков. В конце августа начинаются туманы.

Также отмечаем эти явления условными знаками.

Задание 3.

Сравни свои записи с теми, которые были сделаны в прошлом году (в «Научном дневнике» для 2 класса). Выдели сходство и различия.

Смотреть Научный дневник 2 класса

Выполнение:

Сходства: для каждого времени года совпадают примерные значения температур, наблюдаемые в эти времена года погодные явления.

Различия: Значения температур для конкретных дней не совпадают, как и происходящие в эти дни погодные явления.

Наблюдения в природе осенью

Задание 1.

Понаблюдай и запиши (число, месяц), когда были первые заморозки.

Выполнение:

В зависимости от региона первые заморозки могут начаться в конце сентября или в октябре. При заморозках ночная температура опускается ниже нуля градусов. Запишем число, когда ночная температура впервые опустилась ниже нуля.

Задание 2.

Когда лужи впервые покрылись льдом?

Выполнение:

Чем ниже становится ночная температура, тем сильнее заморозки. И постепенно лужи по утрам начинают покрываться льдом. Чаще всего, это случается в начале октября. Запишем число, когда мы впервые наблюдали лед на лужах.
Задание 3.

Запиши, когда выпал первый снег.

Выполнение:

Первый снег может выпасть и в конце сентября, но чаще всего это случается в октябре. Первый снежный покров не держится долго, и тает в течение дня. Запишем дату, когда впервые на землю падал снег.

Задание 4.

Отметь, когда покрылись льдом река, озеро, пруд.

Выполнение:

Возле каждого населенного пункта есть свой какой-либо водоем, река, озеро, может быть пруд. Осенью, когда температура устойчиво опускается ниже нуля градусов, эти водоемы начинают покрываться льдом. Лед образуется у берегов и постепенно покрывает всю поверхность водоема. Водоемы со стоячей водой замерзают раньше, с проточной – несколько позже. Обычно это ноябрь месяц. Запишем дату, когда водоем полностью покрылся льдом.

Задание 5.

Запиши, в каком месяце закончился листопад.

Выполнение:

у берёз — у березы листопад начинается в сентябре, но окончательно березы сбрасывают листья уже в октябре.

у лип — у липы сроки листопада примерно такие же, как у березы

у других деревьев — листопад у дуба начинается чуть позже, но тоже заканчивается к концу октября. Также, в октябре заканчивается листопад у яблони, клена, тополя, черемухи и других деревьев.

Задание 6.

Когда появились стаи перелётных птиц?

Выполнение:

Некоторые виды птиц в северных регионах страны, начинают улетать на юг уже в августе, но на большей части России стаи перелетных птиц можно увидеть в сентябре.

Задание 7.

Каких животных тебе удалось увидеть осенью?

Выполнение:

Укажем зверей, которых можно встретить осенью. Для разных регионов это будут разные звери, но белку, ежа и зайца можно встретить практически везде. Названия зверей будут меняться в зависимости от того, в городе или деревне живет ученик, заполняющий дневник.

Задание 8

Другие наблюдения.

Выполнение:

В графе другие наблюдения запишем, что еще любопытного мы наблюдали в природе осенью. Какие изменения происходят в живой и неживой природе.

Например: дни становятся короче, а солнце низко поднимается над горизонтом. Часто происходят заморозки, туманы. Звери готовятся к зиме и делают запасы. До середины октября в лесах можно собирать грибы.

Задание 9.

Сравни свои записи с теми, которые были сделаны прошлой осенью. Выдели сходства и различия.

Выполнение:

Сходства: этой осенью также много дождей, а в ноябре идет снег. Пасмурных дней больше, чем ясных. Температура воздуха понижается. По утрам случаются туманы.

Различия: этой осенью тепло простояло меньше, а снег выпал чуть раньше.

Наблюдения в природе зимой

Задание 1.

Понаблюдай и запиши, когда установился постоянный снеговой покров.

Выполнение:

Устойчивый снежный покров в большинстве регионов устанавливается в ноябре. Запишем дату, после которой снег уже не тает.

Задание 2.

Учись распознавать деревья зимой. Запиши, какие деревья тебе удалось определить.

Выполнение:

Зимой деревья лишаются своей главной отличительной черты – листьев. Исключение составляют хвойные деревья, узнать которые легко и зимой по форме иголок и кроны. Это могут быть ели, сосны, кедры, пихты. Лиственница частично сбрасывает иголки, но не все. К тому же на ее ветках остаются характерные шишечки.

Лиственные деревья можно узнать по форме веток, цвету ствола, не осыпавшимся ягодам и плодам.

Легко узнать березу по цвету коры, по тому же признаку легко узнать осину и липу. Рябину и калину можно узнать по гроздям ягод, которые висят на ветках почти всю зиму. Остаются некоторые яблоки и на ветках яблони. Дуб отличается красивым, мощным стволом и обширной кроной.
Задание 3.

Понаблюдай и запиши, какие птицы прилетают к кормушке.

Выполнение:

Зимой птицам становится очень тяжело добывать себе корм, и люди стараются облегчить птицам жизнь, устраивая специальные кормушки. В городах к таким кормушкам часто прилетают воробьи, синицы, снегири. Любят бывать на кормушках и голуби. В деревнях, возле парков, к кормушкам прилетают поползень, дятел, сойка.
Задание 4.

Каких ещё животных тебе удалось увидеть зимой?

Выполнение:

В городских парках зимой можно встретить белок и даже покормить их с рук. В лесу можно увидеть зайца, лису, различных птиц, например тетерева.

Задание 5.

Нарисуй и подпиши следы птиц и зверей, которые тебе удалось увидеть на снегу.

Выполнение:

Зимой на снегу можно увидеть следы самых разных зверей и птиц. Узнать их не так просто, но если потренироваться и вооружиться книгой-определителем, то можно отличить одни следы от других.

Легко узнать следы зайца, лисы, мыши. Очень просто отличить следы собак, которые можно встретить не только в парке, но и возле дома. Здесь же можно понаблюдать за тем, какие следы оставляют птицы – голуби, воробьи.

При затруднении в определении принадлежности следов, можно попросить помощи у взрослых или учителя.

Задание 6.

Сравни свои записи с теми, которые были сделаны прошлой зимой. Выдели сходства и различия.

Выполнение:

Сходства: лишь немногие животные и птицы ведут активный образ жизни. Реки и озера покрываются слоем льда, поля и леса – снегом. Температура опускается ниже нуля градусов, часто идет снег, бывают метели.

Различия: погодные условия в одни и те же дни разных лет не совпадают. Отличаются температура и погодные явления.

Наблюдения в природе весной

Задание 1.

Понаблюдай и запиши, когда появились:

Выполнение:

Первые проталины появляются в марте, когда солнце начинает ощутимо пригревать. Они возникают вокруг стволов деревьев, ведь более темная кора быстрее нагревается и топит лежащий вокруг ствола снег. Запишем дату наблюдения первой проталины.

Первые ручьи появляются, когда дневная температура устойчиво уходит в плюс. Снег интенсивно тает и не успевает впитываться в землю, которая остается промерзшей. По поверхности земли бегут веселые ручейки. Ночью они могут замерзать, но днем снова тают. Обычно это происходит во второй половине марта

Задание 2.

Понаблюдай и запиши:

Выполнение:

Когда начался ледоход на реке. Ледоход на реках России начинается чаще всего в апреле. Запишем дату, когда на реке появились плывущие льдины.

Когда водоёмы полностью очистились ото льда. Однако полное очищение водоемов ото льда происходит ближе к концу апреля. При этом стоячие водоемы очищаются ото льда позже рек. Даже в мае на прудах и озерах может наблюдаться лед.

Было ли в этом году половодье. Для всех рек России характерно весеннее половодье, поэтому на этот вопрос всегда пишем “Было”.
Задание 3.

Запиши дату первой грозы.

Выполнение:

Первые весенние грозы можно наблюдать в начале мая. Явление это не частое, но и не редкое. Запишем дату первой грозы.

Задание 4.

Понаблюдай и запиши, когда зацвели:

Выполнение:

Мать-и-мачеха. Это растение является первоцветом, и оно зацветает весной одним из первых. Часто мать-и-мачеха цветет уже в конце марта, но бывает цветение растения, начинается и в апреле.

Ива. Ива также цветет очень рано, обычно в середине апреля.

Одуванчик. Это растение также начинает цвести довольно рано, когда лужайки очищаются от снега. В большинстве регионов цветение одуванчика начинается в середине апреля.

Яблоня. Цветение яблони происходит каждый в год в разное время. Оно не привязано к конкретной дате, ведь для его начала температура воздуха должна быть на уровне 16-18 градусов несколько дней подряд. Начало цветения яблони может прийтись на конец апреля, начало мая или даже его середину.

Ландыш. Цветение ландыша может начаться в конце апреля, но чаще это случается уже в мае, и продолжается больше месяца.

Задание 5.

Понаблюдай и запиши, когда начали распускаться листья:

Выполнение:

Орешника. Листья орешника начинают распускаться в середине апреля, но в более северных регионах они появляются только в мае. Запишем дату появления первых листьев у орешника.

Берёзы. Это дерево также распускает листья в конце апреля – начале мая. Запишем в дневник дату появления первых листочков у березы за окном.

Яблони. Листья яблонь, в зависимости от региона, могут распуститься в конце апреля или начале мая.

Дуба. Некоторые виды дубов распускают листья довольно рано, в середине апреля, но другие, так называемый дуб зимний, распускает листья только в начале-середине мая. Отметим в дневнике конкретную дату.

Задание 6.

Отметь, когда впервые в этом году тебе удалось увидеть:

Выполнение:

Бабочку. Первые бабочки появляются весной очень рано, лишь только солнышко начинает ощутимо прогревать воздух. Эти бабочки зимуют на чердаках, в дуплах деревьев и других укромных местах, и вылетают, только почувствовав тепло. Обычно первых бабочек можно наблюдать уже в марте. Это крапивницы, павлиний глаз, лимонницы.

Скворца. Скворцы – одни из первых весенних птиц в наших краях. Уже в конце марта они прилетают на Родину и занимают свои старые скворечники.

Ласточку. Ласточки более теплолюбивые птицы и поэтому прилетают они только в конце апреля-начале мая, когда на улице становится действительно тепло.

Задание 7.

Запиши, каких ещё животных тебе удалось увидеть весной.

Выполнение:

Весной можно увидеть в парках и лесах и тех животных, которые не ложились в зимнюю спячку, и тех, которые проснулись после нее.

Точно также легко встретить белку, появляются бурундуки, сурки. Можно встретить просыпающихся змей, а к концу весны и земноводных, лягушек и жаб.

Задание 8.

Другие наблюдения.

Выполнение:

Запишем те наблюдения изменений в живой и неживой природе, которые нам удалось наблюдать этой весной.

Например: солнечный день увеличивается, день начинает превышать по продолжительности ночь, солнце все выше поднимается над горизонтом. Просыпаются звери, которые впадали в зимнюю спячку – медведи, ежи, барсуки, сурки.

Задание 9.

Сравни свои записи с теми, которые были сделаны прошлой весной. Выдели сходство и различия.

Выполнение:

Сходства: увеличивается световой день, снег тает, расцветают цветы, появляются листья на деревьях, возвращаются перелетные птицы, а звери пробуждаются после зимней спячки. Реки вскрываются ото льда, происходит половодье. Весной случаются грозы.

Различия: погодные условия в одни и те же дни разных лет не совпадают. Отличаются температура и погодные явления.

Наблюдения в природе летом

Задание 1.

Учись распознавать цветущие травянистые растения. Запиши, какие растения тебе удалось определить.

Выполнение:

Летом цветут почти все травянистые растения, их очень много. Достаточно определить несколько из них.

Например, легко определить по цветкам одуванчик или нивяник, похожий на ромашку, но растущий на лугу. Легко узнать цветущий колокольчик или фиолетовые петушки мышиного горошка, очень просто узнать розовые шарики клевера или колоски мятлика. Хорошо заметны белые головки тысячелистника.

Запишем несколько названий цветущих растений.

Задание 2.

Понаблюдай, когда в этом году началось и закончилось цветение липы. Запиши примерные даты.

Выполнение:

Липа – почти единственное дерево, которое начинает цвести в средине лета. Начало ее цветения приходится на вторую половину июня, а окончание цветения на первую половину июля.

Задание 3.

Учись распознавать грибы и ягоды. Запиши, какие грибы и ягоды тебе довелось собирать летом.

Выполнение:

Для сбора грибов следует отправиться в лес. Там, во второй половине лета можно собрать богатый урожай летних грибов. Среди них могут быть боровики, подберезовики, маслята, сыроежки, рыжики и лисички.

Летние ягоды можно собирать не только в садах, но и в лесу или на лугах. Это могут быть земляника, костяника, малина, ежевика, дикорастущая смородина.

Задание 4.

Учись распознавать животных и наблюдать за ними. Запиши, каких животных тебе удалось увидеть летом:

Насекомых. Насекомых летом очень много и не заметить их очень трудно. Это надоедливые мухи и комары, красивые бабочки и стрекозы, грозные жуки и пчелы, работящие муравьи.

Птиц. Птиц летом тоже значительно больше, чем зимой. Можно легко увидеть даже в городской чете таких представителей пернатых как кукушку, дятла, славку, коршуна, грача, соловья, иволгу, дрозда.

Зверей. Даже в городских парках летом кипит жизнь, и любой человек может увидеть в естественных условиях белок, бурундуков, ежей, даже лисиц. Ну а лесах можно встретить оленей, кабанов, медведей, енотов, бобров, ондатр и многих других зверей.

Других животных. Здесь можно назвать представителей других видов животных, которых вам повезло наблюдать. Например: ящериц, змей, лягушек и жаб, тритонов, улиток, может быть ракушек и медуз, различных рыб.
Задание 5.

Другие наблюдения

Выполнение:

Здесь мы расскажем о том, что еще любопытного удалось вам наблюдать этим летом.

Это может быть необычайно крупный град, смерчи, которые все чаще встречаются на территории России. Это могут быть ливневые затяжные дожди.

Обязательно следует указать о продолжительности дня, которая летом максимальная. Можно сказать о том, каких детенышей животных вам удалось увидеть.

Задание 6.

Сравни свои записи с теми, которые были сделаны прошлым летом. Выдели сходство и различия.

Выполнение:

Сходство: лето самое жаркое время года, когда ночи самые короткие, а дни самые длинные. Летом не бывает снега, зато может пойти град, причем град случается после самой сильной жары. Температура летом никогда не опускается ниже нуля, реки могут пересыхать, наблюдаться засуха.

Различия: погодные условия в одни и те же дни разных лет не совпадают. Отличаются температура и погодные явления.

Охрана природы

Задание 1.

Запиши, в какой работе по охране природы тебе удалось принять участие.

Выполнение:

Осенью. Обычной работой по охране природы, в которой удается поучаствовать школьнику младших классов оказывается сбор мусора на пришкольном участке, возле своего дома или даже на брегах рек, в скверах и парках. Именно этот вид работы мы и запишем для осени, весны и лета. Также осенью можно обрезать старые ветки с деревьев, что немаловажно для их роста.

Зимой. Зимой школьник может принять участие в изготовлении кормушек, то есть в оказании помощи зимующим птицам. Это тоже очень важное дело, относящиеся к охране природы.

Весной. Сбор мусора. Высаживание цветов и других растений на пришкольном участке. Участие в побелке стволов деревьев, которая защищает их от солнечных лучей и вредителей.

Летом. Сбор мусора в парках, скверах, на пришкольном участке, а также вдоль берегов рек и озер.

Задание 2.

Какая работа, на твой взгляд, была особенно полезной для природы? Запиши.

Выполнение.

Оценим свою работу, по оборке территории от мусора.

Несмотря на свою кажущуюся простоту, это очень важное дело. Ведь накопление мусора является одной из глобальных экологических проблем человечества. Ее решением занимаются правительства разных стран и международные экологические организации. И каждый человек может и должен принять посильное участие в решении этой проблемы.

Эта работа и является наиболее важной и полезной для природы.

Задание 3.

Сравни свои записи с теми, которые были сделаны в прошлом году (в научном дневнике 2 класса). Что изменилось?

Выполнение:

Смотреть Научный дневник 2 класса

В этом году я принимала более активное участие в работе по охране природы, я не только убирала мусор и делала кормушки, но принимала участие в других интересных делах, направленных на защиту природы.

ОТКРЫТЫЙ УРОК ПО ОКРУЖАЮЩЕМУ МИРУ В 3 КЛАССЕ

ОТКРЫТЫЙ УРОК ПО ОКРУЖАЮЩЕМУ МИРУ В 3 КЛАССЕ.

Учитель начальных классов Капланчикова Наталья Юрьевна.

ТЕМА: Природные явления и погода.

ЦЕЛЬ: познакомить с понятиями "природные явления","погода"(облачность, осадки, ветер), с разнообразием состояния неба, видами осадков, а также условными обозначениями всех этих явлений, приборами для определения направления и силы ветра.

ЗАДАЧИ: образовательные:

– познакомить учеников с природными явлениями;

- продолжить формирование навыка ведения дневника наблюдений за погодой;

- научить обозначать погоду с помощью условных знаков;

- научить пользоваться приборами для определения направления и силы ветра;

Развивающие:

- развивать наглядно-образное и логическое мышление;

- совершенствовать умение выделять существенные признаки;

- развитие познавательных психических процессов;

Воспитательные:

- воспитывать эмоциональное восприятие окружающего мира;

- воспитание патриотических чувств, любви к Родине;

- воспитание культурного и эстетически грамотного гражданина.

ОБОРУДОВАНИЕ: переносная лаборатория "Наблюдение погоды", мультимедийный проектор, экран, презентация к уроку на электронном носителе, выставка рисунков, условные знаки природных явлений, таблицы "Природные явления", "Осадки", "Ветер",видеосюжет "Прогноз погоды".

ХОД УРОКА

1.Орг. момент.

2.Проверка домашнего задания ( на доске выставка рисунков"Изменения в природе").

3. Сообщение темы и цели урока.

-Какие изменения происходят с вами?в нашем городе?в природе в утренние и вечерние часы?

-Какие изменения вы заметили в природе, когда шли в школу?

-Назовите изменения, которые вам приятны, а какие огорчают вас?Что повторяется в жизни растения? животного? человека?

-В природе все время происходят разнообразные изменения, и эти изменения называются природными явлениями.Тема нашего урока:"Природные явления и погода". Мы узнаем, какие природные явления хаоактеризуют погоду, каким может быть ветер.

4. Изучение нового материала.

Работа со стихотворением О.Дриза (с.26)

- О каких явлениях природы рассказал поэт в стихотворении? (Светит солнце, ненастье, дождь, снегопад.) Рассмотрите иллюстрацию на этой же странице. Какое природное явление изображено? (облачность)

-Что вы знаете об облаках? ( на экране появляются фото разных видов облаков).

Работа с текстом учебника (с.26-27)

-Отметьте понятия, связанные с характером погоды.

На доске:

Природные явления

, ,

осадки состояние неба

,

Облачность -ясно,пасмурно, переменная облачность.

-Посмотрите в окно на небо. Определите состояние облачности. (Работа с переносной лабораторией).

-Предложите свои варианты условных знаков и нарисуйте их на доске.

-Для обозначения состояния неба приняты стандартные условные знаки, по которым каждый может догадаться, что они обозначают. (к табличкам добавляем условные обозначения облачности: о о о.)

В течении всего года каждый из вас будет вести дневник наблюдений за погодными изменениями. Его можно найти в рабочей тетради (с.61).Учиться заполнять дневник вы будете постепенно, по мере знакомства с различными характеристиками погоды. (Учитель на примере календаря природы в "Переносных лабораториях" показывает как вести дневник.)

Выполнение задания(14) по рабочей тетради.

(Осадки:дождь, роса, туман, град. снежинки,иней).

-Какие осадки выпвдают из облаков?( дождь,град, снег).

-Какие осадки образуются у земли?(Туман.иней).

-Какие осадки образуются на поверхности почвы?(Роса,иней).

-Когда выпадает роса?(Летом, утром).

-Когда можно увидеть иней на поверхности земли и на ветвях деревьев? (зимой).

На доске:

ОСАДКИ

, , , , , ,

дождь роса туман град снег иней

Игра" Причины и следствия". (ответы детей сопровождаются слайдами на экране)

Много дней жарко и нет дождей-.......(наступает засуха)

Нобо затягивают слоистые дождевые облака-......(наступает ненастье)

После жаркого дня наступает холодная ночь-........(выпадает роса)

После теплого дня ночью мороз-.....( на почве появляется иней).

Вывод:очень важно уметь наблюдать за изменениями в природе.

- Отгадайте загадку:

Летит без крыльев и поет,

Прохожих задирает.

Одним прохода не дает,

Других он подгоняет. ( ветер)

-Наш разговор пойдет о том, что такое ветер, каким может быть ветер. (На экране появляются изображения разного проявления ветра)

Работа стекстом учебника (с.28-29).

-Что такое ветер? (Ветер-это перемещение воздуха из одного места в другое. От ветра может стать теплее или похолодать).

Ветер.

-Для чего ты дуешь, ветер,

Травы чуткие клоня?

-Когда дую-

Я приметен.

А утихну-

Нет меня.

-Для чего ты дуешь летом?

Что за польза от тебя?

-Подгоняю тучу эту.

Видишь, нивы ждут дождя?

-А зимой зачем ты дуешь?

Для чего такая прыть?

-Чтобы снегом в стужу злую

Землю спящую укрыть.

По весне бужу я почки,

Ручейки бужу в горах,

Чтобы в рост пошли росточки.

Пели птицы на ветвях.

В летний зной дарю прохладу

Винограднику и саду,

И в награду за труды

Зреют сладкие плоды.

Г.Иса-заде

-Отметьте признаки, по которым мы определяем ветер(Ветви деревьев качаются, слышен шорох,развевается флаг. надувается парус и т.д.

-Чем отличается летний ветер от осеннего? (Летний ветер жаркий, облегчающий, а осенний ветер прохладный).

-От чего зависит сила ветра? ( От скорости движения воздушных масс).

-Какими условными знаками обозначается сила ветра? (см.рабочую тетрадь, с.60) Учитель тем самым демонстрирует прибор, определяющий силу ветра из"Переносных лабораторий".

На доске:

ВЕТЕР

, , , ,

Безветренно средний слабый сильный

Выполнение задания(16) по рабочей тетради.

- как определяют количество дождевых осадков, направление и силу ветра. (Флюгер указывает направление ветра и силу ветра.

Ветроуказатель развевается в ту сторону, куда дует ветер, и поднимается тем выше, чем сильнее ветер.

Чашки-полушария чашечного ветромера вращаются тем быстрее, чем сильнее ветер).

-Кому и почему важно знать направление и силу ветра.(Орлу, чтобы парить в высоте,высматривать добычу.Медузе, чтобы не быть выброшенной на берег.Морякам, рыбакам,летчикам.При запуске ракет с космическими кораблями, при тушении пожаров.Для спортсменов.)

На экране рассказ учителя сопровождается слайдами.

-Людей, изучающих погоду, называют метеорологами. Расскажите, что вы знаете о метеослужбе и метеорологах.

После ответов детей, учитель показывает видеосюжет о прогнозе погоды.

5.Физминутка.

Ветер дует нам в лицо.

Закачалось деревцо.

Ветерок все тише, тише,

деревцо все выше,выше.

Работа по таблице:

ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

, , ,

Состояние неба Осадки Ветер

, , , , , , , , ,

облачность дождь снег сильный слабый

, , , туман град средний безветренно

ясно переменно облачно

-Используя полученную таблицу, расскажите, за чем следует наблюдать, чтобы предсказывать погоду.Почему термометр не всегда может нам помочь?

-Ясно или пасмурно? В каком состоянии небо, термометр покажет нам?

-Ведь не всегда, выходя из дома, мы ориентируемся по показаниям термометра? (термометр показал тепло, а без легкой куртки не выйдешь, иногда нужен зонт).

-Правильно. Обязательно надо знать, какой ветер дует.А как догадаться, что на улице ветер?(Ветки деревьев, пыль,дым).

-А что такое ветер? Можно его увидеть? А почему? (Чувствуем, но не видим).

-Почему дождь и снег мы называем осадками? Какие природные явления вы наблюдали? Что такое погода? Ответить на этот вопрос нам поможет дневник наблюдений. (Дети обращаются к наборному полотну наблюдения за погодой из переносной лаборатории"Наблюдение погоды".)

Погода - это изменяющееся во времени состояние нижнего слоя атмосферы( воздушной оболочки, которая окружает Землю.)Погоду создают природные явления-ветер, буря,дождь,снег и свет солнца.Как?Проведем наблюдения и узнаем).

6.Итог урока.

Домашнее задание: рабочая тетрадь№13-15), учебник с.26-29

Выбирается"дежурный по погоде", который с помощью учителя готовит доклад о состоянии погоды и ведет записи в классном настенном дневнике наблюдений. (на магнитной доске с помощью карточек с условными знаками фиксируется состояние погоды.)

ГДЗ 2 класс. Окружающий мир. Плешаков. Рабочая тетрадь. Часть 1. Страницы 24, 25, 26, 27

Ответы к страницам 24, 25, 26 и 27

содержание

Другие решебники 2 класс:

Что такое погода

1. С помощью учебника допиши определение.
Погода — это сочетание температуры воздуха, облачности, осадков, ветра.

2. Какими словами можно охарактеризовать погоду? Муравей Вопросик предложил для этого целый список слов. Подчеркни те слова, которые действительно подходят для характеристики погоды.
Большая, маленькая, холодная, тёплая, жаркая, узкая, широкая, сухая, сырая, дождливая, короткая, длинная, круглая, квадратная, ветреная, безветренная, облачная, пасмурная.

Объясни (устно), к каким составным частям погоды относится каждое из выбранных тобою слов.
Температура воздуха: холодная, теплая, жаркая Облачность:облачная, пасмурная.
Осадки: сухая, сырая, дождливая.
Ветер: ветреная, безветренная.

3. И снова Попугай приготовил для тебя загадки. Отгадай их и впиши в клеточки названия явлений погоды.

Вырежи картинки из Приложения и расположи их в соответствующих рамках. Попроси соседа по парте проверить тебя. После проверки наклей картинки.
Отметь (закрась кружок) те явления погоды, которые тебе приходилось наблюдать.

4. Составьте и запишите общий план рассказа о погодных явлениях.
1. Что называют погодными явлениями.
2. Какие бывают погодные явления.
3. Какие погодные явления я наблюдал сам.
4. Как я отношусь к тем или иным погодным явлениям.

5. Из текста «Как предсказывают погоду» (с. 42 учебника) выпиши слова, характеризующие научные наблюдения за погодой. Раскрой (устно) значение каждого из этих слов.
Метеорология, метеостанция, метеоспутники, метеорологические самолёты и корабли, научные предсказания.

Метеорология — наука о погоде.
Метеостанция — специально оборудованное здание, в котором ученые ведут наблюдения за погодой.
Метеоспутники — космические спутники, предназначенные для наблюдениями за погодой.
Метеорологические самолёты — самолёты, предназначенные для наблюдениями за погодой.
Метеорологические корабли — корабли, предназначенные для наблюдениями за погодой.
Научные предсказания — прогноз погоды на некоторое время вперед (на день, на неделю, на месяц).

6. Используя дополнительную литературу, Интернет, допиши народные приметы, помогающие предсказывать погоду. Отметь (закрась кружок) те явления, которые тебе доводилось наблюдать в природе.
Шишки хвойных деревьев раскрываются — к сухой погоде.
Ласточки низко летают — к дождю.
Если солнце садится в облака — жди дождя.
Если днём соцветия одуванчиков закрылись — будет дождь.
Если клевер сблизил листочки, а соцветия его поникли — жди дождя.

По своему желанию вы можете найти в дополнительной литературе, Интернете другие приметы на погоду. Запишите 2—3 из них.
Воробьи купаются в пыли или песке – быть дождю.
Летом на небе много звезд – к ясной погоде.
Апрель с водой – май с травой.
Если роса не ляжет на луга, ожидай дождя.
Вечерняя радуга предвещает хорошую, а утренняя – дождливую погоду.

Поделись с друзьями в социальных сетях:

Weather Wiz Kids информация о погоде для детей

Климат

Что такое климат?
Климат - средняя погода обычно берется за 30-летний период времени для определенного региона и времени период. Климат не такой, как погода, а скорее средний прогноз погоды для конкретного региона. Погода описывает краткосрочное состояние атмосферы.


Что у нас климатическая система?
Атмосфера Атмосфера покрывает Землю.Это тонкий слой смешанных газов, из которых состоит воздух, которым мы дышим. Этот тонкий слой также помогает Земле не становиться слишком горячей или слишком холодной.
Океаны Океаны покрывают около 70 процентов Поверхность Земли. Их большие размеры и тепловые свойства позволяют хранить много тепла.
Земля Земля покрывает 27 процентов земной топография поверхности и суши влияет на погодные условия.
Лед Ice - крупнейшая в мире поставка пресной воды. Он покрывает оставшиеся 3 процента поверхности Земли, включая большая часть Антарктиды и Гренландии. Лед играет важную роль в регулировании климат, потому что он обладает высокой отражающей способностью.
Биосфера Биосфера является частью Атмосфера, суша и океаны Земли, на которых обитают любые живые растения, животные или организм.Это место, где растения и животные, в том числе люди, жить.

Что такое Погода?
Погода - это просто состояние атмосферы в любое время, включая такие параметры, как температура, осадки, атмосферное давление и облачность крышка. Ежедневные изменения погоды связаны с ветрами и штормами. Сезонный изменения происходят из-за того, что Земля вращается вокруг солнце.

Что вызывает погоду?
Потому что Земля круглая, а не плоская, солнечные лучи неравномерно падают на сушу и океаны.Солнце светит ближе к экватору, принося этим областям больше тепла. Однако полярные регионы расположены под таким углом к ​​Солнцу, что им мало или отсутствие солнечного света зимой, что вызывает более низкие температуры. Эти перепады температур создают беспокойное движение воздуха и воды в больших закрученные токи для распределения тепловой энергии от Солнца по всей планете. Когда воздух в одном регионе теплее окружающего воздуха, он становится меньше плотный и начинает подниматься, втягивая в себя больше воздуха.В другом месте круче более плотный воздух опускается, выталкивая воздух наружу, чтобы течь по поверхности и завершать цикл.

Почему горы влияют на погоду и климат?
У горы две стороны: своенравная и подветренная. Когда идет дождь, идет дождь на своенравной стороне. Когда облако поднимается вверх, гора, идет дождь, пока в облаке не кончится вода. Теперь, когда облако начинает спускаться с другой стороны горы, больше нет осадки.Итак, с подветренной стороны горы дождя не бывает. В ровная местность по эту сторону горы сухая и влажная.

Что такое Круговорот воды?
Земля имеет ограниченное количество воды. Итак, эта вода продолжает течь. Мы называем это круговоротом воды. Круговорот воды начинается с испарения. Испарение - это когда солнце нагревается вода в реках, озерах или океане. Затем превращает его в водяной пар или пар.Водяной пар или пар покидает массу воды и уходит в воздух. Транспирация - это процесс, при котором растения теряют воду из своих листьев. Конденсация - это когда водяной пар в воздухе остывает и снова превращается в вода образует облака. Подумайте об этом так, когда открываете холодную газировку на горячем в летний день ваша газировка начнет потеть, так как снаружи образуются капли воды банки. Осадки происходят, когда конденсируется столько воды, что воздух не могу больше сдерживаться.Так бывает дождь или снег. Сбор происходит, когда осадки выпадают и собираются обратно в океаны, озера и реки. Когда он упадет на землю, он впитается в землю и станет землей. воды. Это круговорот воды, и он постоянно повторяется.

Щелкните здесь , чтобы узнать больше о круговороте воды на Земле.

Почему у нас есть времена года?
Когда Земля вращается вокруг своей оси, порождая ночь и день, он также движется вокруг Солнца по эллиптической (вытянутой окружности) орбите, которая требуется 365 1/4 дня для завершения.Ось Земли наклонена на 23,5 градуса. и поэтому у нас есть сезоны. Когда ось Земли направлена ​​к Солнцу, это лето для этого полушария. Когда ось Земли направлена ​​в сторону, зима может быть ожидал.

Что такое значение Солнца для Земли?
Без Солнца не было бы погоды. Земля позиционируется как третья планета, поэтому наши температуры устойчивы для жизни. Средняя температура на Марсе намного холоднее, а на Венере намного ниже. горячее.

Как узнать который час, глядя на Солнце?
Потому что солнце ВСЕГДА встает на востоке и заходит на на запад, вы можете определить время, просто посмотрев на солнце. Когда ты смотришь восток, и солнце находится на горизонте, что означает, что сейчас примерно 6:00 утра. Когда Солнце находится прямо над вашей головой, а это значит, что сейчас полдень. Когда вы смотрите на запад и солнце находится на горизонте, что означает примерно 18:00.


Почему мы получаем летом больше солнечного света, чем зимой?
Возможно, вы этого не заметили, но Земля наклоняется немного.Если у вас дома или в школе есть глобус, вы можете увидеть, что линия между северным и южным полюсами, который проходит через центр Земли, не вертикальный. На самом деле он наклоняется примерно на 23 градуса. Нашим летом Северный полюс указывает на Солнце, поэтому Солнце встает и заходит примерно от на восток на запад. Зимой Земля находится по ту сторону Солнца, поэтому Северный полюс направлен от Солнца. Это означает, что Солнце восходит и заходит. больше к юго-востоку и юго-западу.Вы можете заметить это, когда посмотрите окна. Вспомните, как высоко в небе было солнце летом. Сравните это с тем, где солнце зимой, и вы увидите, что это много опускаться к горизонту. Потому что солнце низко над горизонтом, у него меньше времени на путешествие между горизонтами. Меньше расстояния для это путешествовать, чтобы солнце восходит позже и садится раньше, что означает меньше дневной свет.


Какова цель Луна?
Приливный эффект Луны помогает рециркулировать океаны и предохранять их от застоя.В результат которого был бы катастрофическим для таких передовых форм жизни, как люди.


Почему меняются листья цвет?
Весной и летом листья служили фабриками, где большая часть продуктов, необходимых для рост деревьев производятся. Этот процесс приготовления пищи происходит в лист в многочисленных клетках, содержащих хлорофилл, что придает листу зеленый цвет. Наряду с зеленым пигментом присутствуют пигменты от желтого, оранжевого до красного, как хорошо.Большую часть года эти цвета маскируются большим количеством зеленого. окраска. Но осенью из-за изменения продолжительности светового дня и При изменении температуры листья прекращают процесс приготовления пищи. В хлорофилл распадается, зеленый цвет исчезает, а желтый - оранжевый. чтобы красные цвета стали видимыми и придали листьям часть их осеннего великолепия. Лучшее время, чтобы насладиться осенними красками, - это чистая, сухая и прохладная. день.


Что такое изменение климата?
Изменение климата представляет собой изменение погоды в долгосрочной перспективе узоры.Они могут становиться теплее или холоднее. Годовое количество осадков или снегопад может увеличиваться или уменьшаться.

Что такое глобальное потепление?
Глобальное потепление означает среднее увеличение Температура Земли, которая, в свою очередь, вызывает изменения климата. Более теплая Земля может привести к изменению режима выпадения осадков, повышению уровня моря и широкому диапазону воздействия на растения, дикую природу и человека. Когда ученые говорят о проблемы изменения климата, их беспокоит глобальное потепление, вызванное человеческими виды деятельности.(Изображение предоставлено: World Almanac Образовательная группа)




Является ли Земля становится теплее?
Да! Земля потеплел примерно на 1 ° F за последние 100 лет. Но почему? Ну учёные не совсем уверены. Земля могла бы нагреваться сама по себе, но многие из ведущие климатологи мира считают, что то, что делают люди, помогает сделать Землю теплее.
Нажмите здесь , чтобы узнать больше о глобальном потеплении.

Что такое теплица Эффект?
Парниковый эффект это повышение температуры, которое испытывает Земля, потому что определенные газы в атмосфера, такая как водяной пар, двуокись углерода, закись азота и метан улавливать энергию солнца. Без этих газов тепло уходило бы обратно в средняя температура в космосе и на Земле будет примерно на 60ºF ниже и будет не быть достаточно теплым, чтобы люди могли жить. Но если парниковый эффект станет сильнее, это может сделать Землю теплее, чем обычно.(Изображение предоставлено: EPA)


По всему миру Потепление может быть большой проблемой, но можете ли вы разница?
Да! Есть несколько маленькие вещи, которые вы можете сделать, чтобы изменить ситуацию. Попробуйте совместное использование автомобилей. Это поможет уменьшить количество ископаемого топлива, попадающего в атмосферу. Когда бы вы ни использовали электричество, вы помогаете выбрасывать парниковые газы в воздух. Выключить свет, телевизор и компьютер, когда с ними покончено. Также посадка деревья - это развлечение и отличный способ сократить выбросы парниковых газов.Деревья поглощают углерод двуокись, парниковый газ, из воздуха. Наконец, не забывайте о переработке.

Что такое El Ниньо?
Эль-Ниньо - это климатическая модель, в которой вода в Тихом океане у экватора становится жарче, чем обычно, и влияет на атмосфера и погода во всем мире. Климатические условия Эль-Ниньо происходят каждые несколько лет, и они непредсказуемы. Эль-Ниньо - испанский для маленького мальчика. Он относится к младенцу Христу и был назван мексиканцем. рыбак, заметивший, что климат часто формируется вокруг Рождественское время.

В обычный год Самая теплая вода находится в западной части Тихого океана. Это формирует грозы.

(Источник изображения:
США СЕГОДНЯ)
In an El В год Ниньо самая теплая вода движется на восток через Тихий океан. Грозы нарушают струйный поток, меняя погоду шаблон.


Какой тип климата мы используем? увидеть с Эль-Ниньо?
Климатический режим может изменить погода в Соединенных Штатах, особенно в Калифорнии и на юге состояния.Обычно Эль-Ниньо приносит больше дождей и более высокие температуры. Также, теплые океанские течения идут дальше на север, и все виды тропических рыб могут быть пойман в водах далеко на севере западного побережья США. Эль Ниньо может также привести к более теплым, чем обычно, зимним температурам. восточная часть США.

Что такое Ла-Нинья?
Ла-Нинья сортовая противоположности Эль-Ниньо. Во время Ла-Нинья вода в в той же области вдоль экватора становится холоднее, чем обычно.Это тоже влияет на погоду по всему миру и в США. По мнению ученых, Ла-Нинья циклически обычно создают более активный сезон ураганов в Атлантический.

Какой тип климата мы видим? Ла-Нинья?
В США, Ожидается, что на большей части территории Ла-Нинья температура поднимется выше нормы. юго-запада и юга Флориды в конце лета и осенью. Эти теплее Условия будут распространяться на юго-восток в зимние месяцы.Кулер чем ожидаются нормальные зимние температуры на северо-западе Тихого океана. Кулер температуры также ожидаются в районе Великих озер и на северо-востоке страны. позже зимой в весну. Помимо температурных эффектов, La Ожидается, что Нинья также повлияет на количество осадков. Более сухие, чем в обычных условиях сохранится в западном Техасе, Нью-Мексико и Аризоне до октября. Поздняя осень и прогнозы на начало зимы указывают на сохранение засушливых условий на протяжении большей части южный U.S. и в части Среднего Запада. Количество осадков выше нормы прогнозируется для большей части Тихоокеанского Северо-Запада на протяжении всей осени и в в зимние месяцы, а зимой в долине реки Огайо и Теннесси.

Какие слои Земли атмосфера?
Атмосфера разделена на пять слоев. это самый толстый у поверхности и утончается с высотой, пока в конце концов не сольется с пространством.

Тропосфера: Тропосфера - первый слой над поверхностью и содержит половину атмосферы Земли.Погода наступает в этот слой.

Стратосфера: Стратосфера - второй слой атмосферы Земли. Многие самолеты летают в стратосфере, потому что очень стабильный. Также озоновый слой поглощает вредные лучи от Солнце.

Мезосфера: Мезосфера - третий слой атмосфера Земли. Метеоры или обломки горных пород сгорают в мезосфера.

Термосфера: Термосфера - четвертый слой атмосферы Земли.Это слой с полярными сияниями и где пространство орбиты шаттлов.

Экзосфера: Экзосфера - пятая и последняя слой атмосферы Земли. Это слой, в котором сливается атмосфера в космос. Этот слой очень тонкий.


Что такое тропопауза?
Тропопауза - граница атмосферы, расположенная между тропосфера и стратосфера. Поднимаясь с поверхности, это точка где воздух перестает остывать с высотой и становится почти полностью сухим.

Что такое озон?
Озон - это природный газ, который содержится в двух разные слои атмосферы. В слое вокруг поверхности Земли, также известный как тропосфера, плохой озон загрязняет воздух и помогает смог. Тропосфера простирается до слоя стратосферы, где хороший озон защищает жизнь на Земле, поглощая часть солнечных ультрафиолетовых лучей. Стратосферный озон чаще всего находится на высоте от шести до 30 миль над поверхностью Земли.

Что такое озоновый слой?
Озоновый слой образует тонкий щит высоко в небе и находится в стратосфере. Защищает жизнь на Земле от ультрафиолетовых лучей солнца. В 1980-х годах ученые начали поиск ключей к тому, что озоновый слой уходит или истощается. Этот позволяет большему количеству УФ-излучения достигать поверхности Земли. Это может заставить людей имеют больше шансов получить слишком много УФ-излучения.Слишком много ультрафиолета может вызвать плохие последствия для здоровья, такие как рак кожи, повреждение глаз и вы можете заболеть Полегче.

Что такое вырубка леса?
Вырубка леса - это рубка вырубить большое количество деревьев, чтобы использовать землю для чего-то вместо леса. Вырубка деревьев может повлиять на климат. После дождя на лес падает туман поднимается и формируются новые дождевые облака. Когда вырубают леса, этот цикл нарушается, и в конечном итоге местность становится суше, что приводит к изменению местного климат.Если вырубить огромные площади деревьев, углекислый газ будет использовали скопления в атмосфере и вносят свой вклад в парниковый эффект. И без деревьев, которые удерживали бы почву и впитывали воду, дождь смывает верхний слой почвы, процесс, называемый эрозией почвы.


Что такое эрозия?
Эрозия - это истирание земли водой, льдом или ветер. Эрозия почвы - естественный процесс.Это становится проблемой, когда человек активность заставляет это происходить намного быстрее, чем в естественных условиях. Ветер и вода - главные агенты эрозии почвы.


Что такое кислотный дождь?
Кислотный дождь - это дождь, снег или туман, который загрязнен кислотой в атмосфере и наносит вред окружающей среде. Два Дождь подкисляют распространенные загрязнители воздуха: диоксид серы и оксид азота. Когда эти вещества выбрасываются в атмосферу, они могут уноситься большие расстояния из-за преобладающих ветров, прежде чем вернуться на землю в виде кислотного дождя, снег, туман или пыль.Когда окружающая среда не может нейтрализовать кислотное существо депонирован, происходит повреждение.


Климатическая деятельность

План урока: Вот отличный план урока по Эль Ниньо. Этот план урока демонстрирует влияние Эль-Ниньо, пассаты и апвеллинг.

Водный цикл Эксперимент: Вот отличный эксперимент, который учит детей как работает круговорот воды.

Эксперимент с кислотным дождем: Вот отличный эксперимент на кислотном дожде.Это позволяет детям увидеть, насколько разрушительным может быть кислотный дождь для статуи и здания.

Научная ярмарка загрязнения озоном Проект: Вот отличные идеи проектов для научной выставки, которые помогут детям понять, что такое загрязнение озоном и дает им понять, как он формируется.



Эксперимент с парниковым эффектом: Вот эксперимент, демонстрирующий, как воссоздать парниковый эффект.

Эксперимент по глобальному потеплению: Вот эксперимент исследует влияние на уровень моря таяния плавучего льда из-за глобальное потепление.

Идеи проектов для Science Fair: Вот полный список проектных идей научной ярмарки. Откройте для себя науку, лежащую в основе погода, которая влияет на нас каждый день.

Погода или климат ... В чем разница?


Зимой может быть очень холодно. Но даже в этом случае средние температуры на Земле повышаются. Это происходит по всему миру.Это известно как глобальное потепление. Практически все ученые согласны с тем, что глобальное потепление реально. Они также согласны с тем, что причиной этого являются люди.

Как у нас может продолжаться холодная погода и глобальное потепление? Это потому, что погода и климат - две разные вещи.

Погода - это то, что происходит прямо сейчас

Погода - это то, что происходит в воздухе, ближайшем к Земле. Может быть жарко и солнечно или дождливо и холодно. Может быть пасмурно, ветрено и ненастно. Может дождь или снег.

Солнце нагревает воздух.Теплый воздух поднимается или поднимается. Холодный воздух врывается, чтобы заполнить его место. Это вызывает ветер. Воздух также содержит водяной газ, называемый водяным паром. Ветер и вода в воздухе вызывают облака, дождь и снег. Это заставляет штормы формироваться и двигаться.

Погода всегда меняется. Ученые изучают погоду. Они смотрят на спутники, метеостанции и инструменты, которые плавают в океане. Они пытаются сказать, какая погода будет в ближайшие дни или недели. Это называется прогнозом. Прогнозы погоды очень важны.Они предупреждают людей. Сильные штормы могут вызвать наводнения. Сухой ветер может распространять лесные пожары.

Климат описывает условия в течение длительного времени

Погода может длиться дни, недели или месяцы. Климат - это то, на что похожа погода в течение долгого времени. Обычно это 30 лет и более. Очень холодная зима может случиться даже тогда, когда в мире становится теплее.

Климат во всем мире разный. Различные виды растений и животных живут в разном климате.

Погода и климат взаимосвязаны.Изменение климата может привести к изменению погодных условий.

На этот раз люди меняют климат

Изменение климата не новость. Климат менялся много раз в истории Земли. Теперь все меняется намного быстрее. Люди вызывают изменения.

Люди сжигают уголь, газ и нефть. Это называется ископаемым топливом. Они образовались из растений и животных, которые были давно захоронены. Мы используем ископаемое топливо для питания наших автомобилей, грузовиков, автобусов и поездов. Мы используем их, чтобы включать свет, обогревать наши дома и управлять фабриками.

При сжигании ископаемого топлива в воздух попадает углекислый газ. Углекислый газ - это разновидность парникового газа. Эти газы подобны стеклянной крыше теплицы. Они позволяют солнечному теплу проникать в атмосферу. Они удерживают тепло. Земля становится теплее.

Земля становится теплее

Глобальное потепление уже происходит. За последние 100 лет Земля нагрелась более чем на один градус по Фаренгейту. Тает морской лед. Ледники сокращаются. Уровень моря повышается.Такие события, как наводнения, лесные пожары и ураганы, случаются чаще. Когда они это делают, они сильнее. Животные и растения перемещаются в более прохладные места.

Ученые впервые узнали о том, как парниковые газы влияют на атмосферу в 1800-х годах. В конце 1930-х годов ученые обнаружили, что Земля уже становится теплее. В 1980-х годах люди начали что-то делать с потеплением.

В 1988 году Организация Объединенных Наций сформировала группу. Она называется Межправительственной группой экспертов по изменению климата.С тех пор страны договорились снизить выбросы углекислого газа.

В 2015 году почти 200 стран согласились снизить объем производимых ими парниковых газов. Это называется Парижским соглашением. В 2017 году США вышли из соглашения. В списке стран, выбрасывающих парниковые газы, Соединенные Штаты занимают второе место.

Информирование детей о погоде и климате

Дети часто боятся грозы, но они любят прыгать в лужах и смотреть на радугу после окончания шторма.Наблюдения за погодой и обсуждение климата - отличные способы научить детей науке, тем более что погода - это то, что дети могут легко понять и понять. Будь то ясно и солнечно или дождливо и ветрено, погода и климат ежедневно влияют на жизнь детей.

Планы уроков, связанных с погодой, также легко создавать, потому что погода постоянно меняется, и люди любого возраста могут ее измерить и наблюдать. Предоставление детям информации о погоде также дает вам возможность поговорить с детьми о том, как важно быть начеку, когда есть вероятность плохой погоды, и знать, что делать в случае сильного шторма или стихийного бедствия.Вот несколько способов научить детей заботе о погоде и климате:

  • Установите метеостанцию ​​в классе. Предоставление детям места для ежедневного отслеживания температуры, осадков, влажности и т. Д. Является важным компонентом обучения детей погоде. Метеостанция в классе должна находиться снаружи, если это вообще возможно, чтобы дети могли получить практический опыт сбора и записи данных о погоде. Обязательно включите в станцию ​​термометр, барометр, гигрометр и другие погодные измерительные приборы.Если ваша метеостанция не может быть снаружи, ваши возможности немного более ограничены. Вы можете настроить станцию ​​слежения за погодой и распечатать данные о погоде за день до этого, чтобы дети могли их записывать. Другой вариант - попросить детей в режиме реального времени просматривать на компьютере данные о погоде в вашем районе и записывать полученные данные.
  • Делитесь наблюдениями и интересными фактами о погоде. Убедитесь, что у вас есть время, чтобы обсудить данные детей и их наблюдения о погоде. Видят ли они сезонные изменения в природе? Понимают ли они, что вызывает повышение или понижение температуры? Понимают ли дети младшего возраста особенности каждого сезона? Обсуждение разнообразной информации о погоде, например интересных фактов, опубликованных The Weather Channel, также может пробудить у детей интерес к погоде и науке и сделать обучение более увлекательным.
  • Отслеживайте ураганы и узнавайте о воронкообразных облаках. В зависимости от возраста и способностей детей, находящихся на вашем попечении, вы можете попросить детей отслеживать ураганы индивидуально на карте или листе миллиметровой бумаги, или вы можете отслеживать ураганы всем классом на доске объявлений или в компьютерной программе. Есть также научные эксперименты, которые вы можете проводить в классе, которые имитируют вихрь торнадо в гораздо меньшем масштабе. Используйте эти занятия как возможность рассказать детям об ураганах и торнадо и дать им инструменты и навыки, которые понадобятся им в случае стихийного бедствия.
  • Найдите время, чтобы посмотреть или прочитать местный прогноз погоды. Многие новостные станции записывают свои прогнозы погоды и размещают их в Интернете для просмотра зрителями. Это прекрасная возможность посмотреть местный прогноз погоды всем классом и поговорить о прогнозе и новых погодных словах, которые использует метеоролог. Вы также можете прочитать местный прогноз погоды в газете или на веб-сайте, посвященном погоде.
  • Ведите дневник погоды в течение всего учебного года. Журналы погоды - отличный способ для детей отслеживать свои наблюдения за погодой и любую информацию, которую они узнают о погоде и климате. Подумайте о том, чтобы сфотографировать различные сцены, связанные с погодой, и попросить детей добавить их в свои дневники. Тогда каждому ребенку будет на что оглянуться и повторить все, что он узнал о погоде и климате.

Помните, что погода для детей должна быть веселой и познавательной, и что любые занятия, которые вы делаете, должны расширять понимание детьми погоды и климата и включать новые слова о погоде, которые дети должны усвоить.Обязательно просмотрите нашу подборку материалов о погоде и климате, чтобы узнать, какие типы предметов, связанных с погодой, вы можете добавить в свой класс.

Обучение вне класса | Центр обучения

Лили Клэйборн, Джон Моррелл, Джо Бэнди и Дерек Бруфф
Обновлено в 2020 году Грегори Смит и Хизер Федеско 1
Версия для печати
Цитируйте это руководство: Claiborne, L., Моррелл Дж., Бэнди Дж., Брюфф Д., Смит Дж. И Федеско Х. (2020). Обучение вне класса. Центр обучения Университета Вандербильта. Получено [сегодняшняя дата] с https://cft.vanderbilt.edu/guides-sub-pages/teaching-outside-the-classroom/.

Опыт преподавания и обучения, происходящий за пределами стен классной комнаты, имеет ряд преимуществ как для студентов, так и для преподавателей. Когда студентов просят применить на практике «в реальном мире» то, о чем они теоретизировали из-за стола, результатом является ориентированный на студентов опыт обучения, который улучшает обучение и способствует личному и социальному развитию (Ларсен, Уолш, Алмонд и Майерс, 2017).Кроме того, учащиеся, которые участвуют в обучении вне класса, сообщают о более высоком уровне мотивации, более ярко запоминают материал курса и улучшают академическую успеваемость в классе (Takeuchi et al., 2016; Ryan and Deci, 2017). Более того, полевой опыт на раннем этапе карьеры студента может быть формирующим и может вдохновить студентов продолжить работу в области (например, Hutson, Cooper, & Talbert, 2011).

Учебный опыт вне класса - это форма экспериментального обучения (Дьюи, 1897).Этот опыт основан на простом принципе: «опыт - лучший учитель». В соответствии с этой структурой обучение вне класса является активным процессом, в ходе которого учащиеся сталкиваются с подлинными проблемами, выстраивают новые гипотезы, проверяют реальные решения и взаимодействуют с другими, чтобы понять окружающий их мир. Когда мы делаем это, мы сталкиваемся с миром в целом и вынуждены задействовать несколько модальностей, независимо от того, какую пару дисциплинарных «линз» мы намеревались носить. Поскольку эмпирическое обучение по своей сути является междисциплинарным, ученым и гуманистам было бы полезно рассмотреть способы, которыми другие дисциплины могут обогатить их собственный дисциплинарный подход к своей области.

Есть много способов расширить обучение за пределами классной комнаты:


Экскурсии и обучение на местах

Экскурсии можно определить как «любое путешествие, совершаемое под эгидой школы в образовательных целях» (Sorrentino & Bell, 1970, стр. 223). Наряду с вовлечением концепций, которые требуются для этого опыта, связь студентов, которая происходит во время экскурсий, улучшает процесс обучения и создает учебное сообщество по мере того, как студенты продолжают изучать дисциплину.Обучение на местах также дает инструкторам возможность лучше узнать своих учеников с точки зрения того, как ученики видят мир иначе, чем преподаватель. Такое понимание мировоззрения студентов может помочь преподавателю лучше передать концепции курса.

Экскурсии могут принимать различные формы, отвечающие разнообразным потребностям и способствующие углубленному и активному обучению. Планируемые образовательные результаты экскурсий сосредоточены на следующих пяти областях (Behrendt & Franklin, 2014; Larsen et al., 2017; Tal & Morag, 2009):

.
  1. Развитие социальных и личных навыков
  2. Развитие навыков наблюдения и восприятия
  3. Повышение актуальности и смысла обучения
  4. Реальный опыт из первых рук
  5. Повышение внутренней мотивации и интереса к предмету

Экскурсии являются обычным компонентом многих классных комнат K-12, с большим количеством обзоров в основной литературе, суммирующих их преимущества и передовой опыт (например,г., Берендт и Франклин, 2014; ДеВитт и Сторксдик, 2008 г .; Уилсон, 2011). В классе колледжа экскурсии (или полевое обучение ) могут быть эффективным инструментом, который позволяет достичь многих из вышеперечисленных целей. Для некоторых дисциплин (например, геологии, экологии) относительно легко представить, как может выглядеть практический опыт обучения, тогда как для других дисциплин (например, философии, английского языка) это может быть не сразу очевидно. Чтобы помочь преподавателям представить себе возможности, которые могут существовать в их курсах, Федеско, Кавин и Энарес (в печати) недавно использовали базу данных о 721 поездке на места за 2015-2018 годы в небольшой частный гуманитарный колледж на Юго-Западе, чтобы создать типология полевого опыта в высшем образовании.Авторы выделили следующие типы полевого обучения:

  • Сбор первичных данных / посещение первичных источников - Студенты и преподаватели собирают данные в новых условиях с открытыми и непредсказуемыми результатами обучения для студентов в зависимости от результатов этих данных. Погружение в предметный материал позволяет учащимся глубже обучаться, поскольку они испытывают аутентичность сбора данных и процесс их интерпретации.Преподаватели должны проявлять гибкость и быть готовыми справляться с трудными и / или непродуктивными результатами, например, если данные не показывают ничего значительного (или представляют результат, противоречащий первоначальным прогнозам преподавателя). Тем не менее, этот опыт имеет самый высокий потенциал для обучения студентов, поскольку в некотором смысле он создает новые знания.
  • Управляемое открытие участка - Класс посещает место, которое знакомо преподавателю, но является новым для студентов, и инструктор планирует действие, которое приводит студентов к обнаружению намеченного результата.Студенты должны использовать навыки и концепции, которые они узнали в предыдущей части курса, и применять их в новой обстановке, чтобы помочь в обучении. Преподаватели должны подумать о том, как их материалы и вопросы помогут студентам развить навыки более высокого порядка, такие как исследования, вопросы и развитие навыков критического мышления. Поскольку они отнимают много времени и требуют значительных вложений со стороны преподавателя, их лучше всего использовать для преподавания концептуально сложных или особенно важных материалов курса.Для получения дополнительной информации о подготовке и выполнении задач управляемого открытия в вашем классе см. Руководство на веб-сайте Национальной ассоциации учителей геонаук.
  • Доступ за кулисами - Классу предоставляется доступ к сайту или месту, к которым у широкой публики нет доступа, что дает учащимся уникальный опыт, который позволяет получить идеи и опыт, которые обычно трудно получить . В качестве примера на территории кампуса класс может посетить исследовательскую лабораторию или центр университета, которые доступны только студентам, зарегистрированным на курс (например, ядерный реактор Бризила в Пенсильвании).В качестве примеров за пределами кампуса студенты могут посетить общежитие net-zero, совершить поездку за кулисы правительственного здания или встретиться с сотрудниками местной компании. Этот опыт может потребовать первоначального контакта с партнером по сообществу или ранее установленных отношений; тем не менее, результаты обучения для студентов огромны, и некоторые компании могут быть готовы работать с классами, поскольку этот опыт предлагает возможность установления контактов как для студентов, так и для потенциальных работодателей.
  • Покажи и расскажи - Классу предоставляется доступ к стороннему эксперту или сайту, на котором они могут услышать мнение эксперта, например, в собраниях музея с куратором.Как и доступ за кулисами, это дает студентам возможность получить опыт, недоступный широкой публике, и, таким образом, может привести к глубокому обучению и укрепить значимые связи для студентов. Это также помогает преподавателю охватить предметный материал, с которым он, возможно, не очень хорошо разбирается. Однако преподаватели должны участвовать в планировании со сторонним экспертом, чтобы обеспечить активное участие своих студентов; в противном случае вы рискуете, что студенты будут сидеть или стоять подолгу во время скучной лекции.
  • Погружение на основе места - Класс проводит значительное количество времени в месте, исследуя либо конкретный предмет, либо весь спектр предметов, связанных с этим местом. Места имеют как естественную, так и культурную историю, поэтому их можно изучать по всем дисциплинам. Полевой опыт и исследования лежат в основе многих естественных и социальных наук. В гуманитарных науках полевой опыт может заключаться в работе в архивах, сборе устных историй, представлении своего искусства для публики, но он также может включать посещение важных исторических мест и местный опыт, в том числе использование мест для вдохновения.
  • Участие в сообществе - Профессора и студенты вступают в партнерские отношения с местной организацией или учреждением на протяжении всего курса обучения или выезжают на место для выполнения ограниченных по времени проектов, часто со значительными инвестициями со стороны студентов. Эти проекты, обычно разрабатываемые как преподавателями, так и партнерами из сообщества, позволяют студентам учиться очень эффективно, помогая сообществу удовлетворять его потребности. Во всех этих случаях рост студентов может быть значительным, будь то за счет улучшения критического мышления и навыков решения проблем, повышения личной эффективности и развития лидерских качеств или повышения социальной ответственности и возможностей карьерного роста.Для получения дополнительной информации о преимуществах и методах этих педагогических методик, а также пошаговых инструкций по успешному обучению сервисов, посетите учебное руководство CFT по сервисному обучению и взаимодействию с сообществом и руководство по обучению с привлечением сообщества Step by Step.
  • Retreats - Класс уезжает в удаленное место всего на день или целую неделю, чтобы сблизиться, сосредоточиться на предмете или специальном проекте и / или написать.Уединение может быть совмещено с преимуществами погружения с привязкой к месту, хотя у класса не обязательно должна быть причина для посещения определенного места. Основная цель ретрита - получить преимущества от того, что студенты проводят сосредоточенное время в непосредственной близости друг от друга и вдали от шума и суеты нормальной студенческой жизни. Некоторые виды обучения на открытом воздухе из-за их продолжительности по определению являются ретритами: например, геологические экскурсии; пешие походы с литературой по дикой природе; и учиться за рубежом.
  • Особые мероприятия - Класс едет на конференцию или специальное мероприятие (например, выступление в кампусе, фильм, представление и т. Д.), Имеющее отношение к содержанию или целям курса. Инструктор плохо контролирует то, что говорится во время мероприятия, и поэтому должен чувствовать себя комфортно, отдавая бразды правления этому опыту. Степень гибкости преподавателя и зрелости учеников поможет этим мероприятиям вписаться в рамки расписания занятий.Инструкторы должны быть готовы провести урок перед мероприятием и урок после него, чтобы помочь учащимся достичь намеченных результатов обучения.

Льготы для студентов, которые участвуют в этом опыте, включают:

  • передача знаний и отзыв знаний (Nadelson & Jordan, 2012)
  • повышенная актуальность, улучшенный взгляд на перспективу и повышенная автономия (Lai, 1999)
  • повысил интерес к предмету и повлиял на его поступление в колледж и его будущую карьеру (Hutson et al., 2011)
  • улучшение концептуальных знаний (Elkins & Elkins, 2007)
  • улучшений в понимании содержания курса, успеваемости при выполнении заданий и интереса к предмету (Goh & Ritchie, 2011).
  • повышение степени родства с инструкторами и коллегами, компетентность, автономия и внутренняя мотивация в ходе курса (Fedesco et al., В печати)

Ключевые факторы, способствующие успешному опыту, включают:

  • См. Раздел ниже, озаглавленный «Общие стратегии для успешной экскурсии и практического обучения».

Дополнительные ресурсы:

Учеба за границей

Эти записи адаптированы из: Гардинье, Лори и Дон Колкитт-Андерсон.«Обучение за рубежом». in Новые направления преподавания и обучения . нет. 124, Зима 2010.

Существует несколько моделей программ обучения за рубежом. В некоторых случаях участники поступают в зарубежные университеты в качестве приглашенных, не зачисленных студентов. В других программах направляющее учреждение сохраняет больший контроль над учебной программой, продолжительностью, отбором преподавателей и опытом. Школы все чаще переводят свои учебные программы на международный уровень, предлагая краткосрочные программы обучения за границей под руководством преподавателей.Управление глобального образования Вандербильта управляет множеством программ, доступных для студентов для обучения за границей.

Льготы для студентов, участвующих в этих программах, включают:

  • рост желания студентов посещать курсы, выходящие за рамки их основной
  • повышение уверенности в том, что выезжают за границу по долгосрочным программам
  • Повышенный интерес к междисциплинарным исследованиям
  • повышение навыков межкультурного общения
  • Более глубокое международное или сравнительное понимание социальных проблем
  • более глубокое понимание глобальных социальных изменений
  • лучшее понимание неравенства и различий в мировой системе

Ключевые факторы, способствующие успешной реализации программ, включают:

  • академическая строгость
  • использование смешанных методов обучения
  • способствовал размышлениям, синтезируя опыт с академическим содержанием

По словам Лори Гардинье и Доун Колкит-Андерсон: «Не существует формулы для процента времени, которое следует проводить в формальном учебном времени, посещении культурных / исторических мест и событий, выполнении полевых работ или взаимодействии с коллегами. культурный обмен между сверстниками.Независимо от сочетания, студенты должны прибыть к месту назначения с подготовкой как в академическом, так и в культурном контексте посредством сочетания лекций перед отъездом, управляемого исследования, онлайн-дискуссий, чтений и культурных мероприятий, имеющих отношение к поездке ». (26)

В ситуациях обучения за границей руководители факультетов берут на себя ряд ролей, выходящих за рамки классной комнаты, и установление соответствующих границ становится критически важным. Может быть полезно установить конкретные параметры того, как, когда и где вы будете общаться со студентами во время программы.

Важно определить риски и ответственность. Директора должны быть готовы к ожидаемым чрезвычайным ситуациям, связанным с утерянным или украденным имуществом, болезнями и т. Д., А также к неожиданным чрезвычайным ситуациям, связанным со стихийными бедствиями и техногенными катастрофами.

Дополнительные ресурсы:

  • Институт международного образования
    Институт международного образования (IIE), основанный в 1919 году, является частной некоммерческой организацией, занимающейся международным обменом людьми и идеями.В сотрудничестве с правительствами, фондами и другими спонсорами IIE создает программы обучения и профессиональной подготовки для студентов, преподавателей и специалистов из всех секторов. Эти программы включают флагманскую программу Фулбрайта и стипендии Гилмана, администрируемые Государственным департаментом США. IIE также проводит политические исследования, предоставляет ресурсы о возможностях международного обмена и предлагает поддержку ученым, находящимся в опасности.
  • Национальная ассоциация международных педагогов (NAFSA)
    NAFSA и ее члены считают, что международное образование и обмен, объединяющий студентов, ученых, преподавателей и граждан через границы, имеют основополагающее значение для установления взаимопонимания между странами, подготовки следующего поколения с жизненно важным крестом. -культурные и глобальные навыки и создание условий для более мирного мира.
  • Журнал исследований международного образования
    Журнал исследований международного образования (JSI) - это форум для администраторов высшего образования, преподавателей, исследователей и политиков, заинтересованных в исследованиях, обзорах и тематических исследованиях по всем аспектам интернационализации высшее образование. Каждый выпуск объединяет концепции, стратегии и подходы к интернационализации, интернационализации учебной программы, а также вопросы, касающиеся иностранных студентов и трансграничного предоставления образования.

Общие стратегии для успешной производственной поездки и практического опыта

Советы и методы:

Эти советы были предоставлены преподавателями ВУ, имеющими опыт проведения экскурсий со студентами.

  • Организуйте поездку как исследовательский проект, который включает сбор данных.
  • Проведите теоретическое изучение вопроса в классе задолго до того, как приступить к работе. Студенты должны иметь представление о том, чем будет заниматься производственная практика, прежде чем они отправятся в путь.
  • По крайней мере, за две недели до того, как отправиться в поле, разработайте зачатки основных гипотез. На этом этапе инструктор должен подробно рассказать о полевом объекте, чтобы студенты знали, чего ожидать.
  • В полевых условиях сосредоточьтесь на вещах, на которых вы согласились сосредоточиться, и позвольте остальным вещам быть вишенкой на торте.
  • Возьмите рюкзак, полный дополнительной теплой / сухой одежды и закусок, чтобы раздать ученикам по мере необходимости.
  • Если для большого класса, хорошо подготовьте ТА, чтобы управлять меньшими группами класса.
  • Подготовьте учащихся к практическим занятиям, включая соответствующую одежду, ожидаемые физические нагрузки, ожидаемые остановки для отдыха, принадлежности и материалы, которые они должны принести.

Кроме того, Fedesco et al. (в печати) выделил пять конкретных советов, которые помогут педагогам получить успешный опыт обучения на местах:

  1. Начните поездку с контракта на полную стоимость (FVC). FVC - это документ, написанный для группы группой, который устанавливает согласованные ожидания в отношении того, что является уместным или несоответствующим поведением в поездке.Этот документ, который можно обновлять по мере необходимости, можно использовать на протяжении всей поездки, и он дает классу чувство безопасности и общности.
  1. Логистика играет важную роль в успехе производственной поездки. Если учащимся не хватает основных человеческих потребностей (например, неудобная температура, голод / жажда, стояние под прямыми солнечными лучами, истощение), у них будет меньше шансов учиться. Проверьте прогноз погоды и попросите учащихся составить соответствующий план. Убедитесь, что у вас достаточно еды в течение дня, и помните о пищевых аллергиях и предпочтениях, чтобы все прошло гладко.
  1. Тщательно обдумайте последовательность событий во время производственной поездки. Эксперт по образованию на открытом воздухе Джей Робертс (2016) рекомендует, чтобы утро лучше подходило для интеллектуальных тем, после обеда - для практических занятий, а вечера - для размышлений и межличностных дискуссий.
  1. Сбалансированное программирование следует учитывать при планировании выездов на места. Инструкторам следует избегать поездок с чрезмерным или недостаточным программированием, которые могут привести либо к информационному насыщению, либо к скуке.Инструкторы должны постоянно следить за своим опытом, чтобы при необходимости они могли реализовать свой план действий в чрезвычайных ситуациях, либо сократив некоторые действия, либо включив в поездку больше опыта или заданий.
  1. Инструкторы, собирающиеся отправиться в производственную поездку, должны быть готовы к поведению по управлению рисками. Перед отъездом в поездку инструкторы должны быть знакомы и иметь контактную информацию для служб экстренной помощи на местах, службы безопасности кампуса, администрации, транспорта, а также консультантов по психическому здоровью и сексуальному насилию.

Технологии вне (и внутри) класса

Достижения в области технологий позволяют студентам относительно легко приносить с собой цифровые технологии, когда они покидают класс, а преподавателям - переносить учебную среду на открытом воздухе в класс. В полевых условиях учащиеся могут использовать мобильные устройства, в том числе уже имеющиеся, для участия в учебной деятельности. В классе инструкторы могут использовать кадры с дронов, мобильные приложения и программы, такие как Google Планета Земля, чтобы переносить наружную среду внутрь, тем самым открывая для всех учащихся отдаленные или недоступные явления на открытом воздухе.Ниже приведены несколько примеров, которые помогут вам начать думать о том, как можно использовать технологии вне (и внутри!) Своего класса.

Содержимое, зависящее от местоположения

С помощью подходящих приложений учащиеся могут получить доступ к контенту, привязанному к определенному месту и доступному только тогда, когда учащиеся посещают это место.

  • Преподаватели испанского языка в Университете Нью-Мексико используют приложение для iPhone из проекта ARIS, чтобы направить студентов на разгадку вымышленного убийства в районе Лос-Григос в Альбукерке, которое развивает и проверяет их языковые навыки.Учащиеся получают подсказки к разгадке тайны, вводя свое местоположение в приложении.
  • Приложение для iPhone «Город литературы города Айова-Сити», включенное в список всемирного наследия ЮНЕСКО, предоставляет текстовый, аудио- и видеоконтент об авторах города Айова на основе местоположения пользователя, определенного с помощью GPS. Преподаватели Университета Айовы планируют, чтобы студенты использовали это приложение, чтобы больше узнать об авторах из Айова-Сити и их связях с конкретной местной средой.
  • Директор
  • CFT Дерек Бруфф включил QR-коды в «охоту за криптографией» в конце семестра на своем первом году семинаре по криптографии.Студенты взламывали коды и шифры, которые приводили их к определенным местам на территории кампуса с QR-кодами, двумерными штрих-кодами, которые студенты сканировали с помощью своих смартфонов, чтобы получить дополнительные подсказки во время охоты.
  • Преподаватели также могут попросить учащихся создать контент для конкретного местоположения . Например, студенты Университета Северного Колорадо организовали «охоту за мусором», предназначенную для обучения других студентов местным правам на воду с помощью платформы ARIS.

Сбор и обмен данными

Мобильные устройства имеют множество механизмов для сбора и обмена данными.Учащиеся могут использовать эти устройства для создания контента для конкретного местоположения, будь то во время экскурсии или самостоятельно.

  • Шауль Кельнер, доцент кафедры социологии и иудаики в Вандербильте, в весеннем семестре 2011 года читал курс под названием «Туризм, культура и места». Студенты курса посетили различные туристические места в районе Нэшвилла, сделали фотографии этих мест на свои мобильные телефоны, находясь на месте, а затем опубликовали в блогах о своих посещениях и своих фотографиях позже.
  • Маргарет Рубега, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Университета Коннектикута, требует, чтобы студенты ее курса орнитологии использовали социальную сеть Twitter, чтобы «твитнуть» о птицах, которых они видят, когда они живут своей жизнью, - о птицах, которых они видят. , где они их видят, и любые связи с содержанием курса, которые возникают у студентов. Они помечают свои твиты хэштегом #BirdClass, чтобы всем участникам было проще находить и читать твиты друг друга.
  • Студенты Университета Лоуренса во время вводного курса по науке об окружающей среде собирают данные о качестве воды с геотегами во время экскурсий с помощью устройств GPS и планшетных компьютеров.Студенты объединяют свои данные, а затем анализируют их с помощью программного обеспечения для геопространственной визуализации, пока они еще находятся в поле. Многие такие специализированные инструменты сбора и анализа данных используются для разработки мобильных приложений, работающих на iPhone и других смартфонах.

Если вы заинтересованы в использовании технологий в полевых условиях в своих курсах, обратитесь за помощью к технологу по обучению CFT Ретту МакДэниелу.

Оценка полевого опыта

Дополнительные ресурсы для исследований в области экспериментального обучения

Список литературы

Берендт, М., И Франклин, Т. (2014). Обзор исследований школьных экскурсий и их значения в образовании. Международный журнал экологического и научного образования , 9 , 235-245. http://doi.org/10.12973/ijese.2014.213a

Дьюи, Дж. (1897). Мое педагогическое кредо . Нью-Йорк: E. L. Kellogg & Co.

DeWitt, J. & Storksdieck, M. (2008) Краткий обзор школьных экскурсий: основные выводы из прошлого и последствия для будущего. Visitor Studies, 11 , 181-197, http: // doi.org / 10.1080 / 10645570802355562

Элкинс, Дж. Т., и Элкинс, Н. М. (2007). Преподавание геологии в полевых условиях: Значительные преимущества концепции геолого-геофизических исследований возникают на вводных курсах геологии, полностью основанных на полевых условиях. Журнал геолого-геофизического образования , 55 , 126-132. http://doi.org/10.5408/1089-9995-55.2.126

Fedesco, H. N., Cavin, D., & Henares, R. (в печати). Полевое обучение в высшем образовании: изучение преимуществ и возможностей. Журнал стипендий преподавания и обучения.

Гардинье, Л. и Колкит-Андерсон, Д. (2010). Обучение за рубежом. Новые направления преподавания и обучения, 2010 г., 23-29, http://doi.org/10.1002/tl.417

Гох, Э. и Ричи, Б. (2011) Использование теории запланированного поведения для понимания отношения студентов и ограничений в отношении посещения экскурсий. Журнал преподавания в области путешествий и туризма, 11 , 179–194. http://doi.org/10.1080/15313220.2011.575024

Хатсон, Т., Купер, С., И Тальберт, Т. (2011). Описание связей между научным содержанием и будущей карьерой: внедрение техасской учебной программы для учащихся старших классов сельских школ из группы риска с использованием специально разработанных экскурсий. Сельский педагог , 33 , 37-47.

Лай, К. С. (1999). Свобода учиться: исследование опыта учителей и учеников средних школ во время экскурсии по географии. Международные исследования в области географического и экологического образования , 8 , 239-255.http://doi.org/10.1080/10382049

7614

Благодарности

1 Это руководство было первоначально написано в 2010 году Лили Клэйборн и Джоном Морреллом (аспирантами), а также Джо Бэнди и Дереком Бруффом (помощниками директора CFT). В 2020 году он был обновлен Грегори Смитом (аспирант-преподаватель) и Хизер Федеско (помощник директора CFT), чтобы включить в него исследования первичной литературы в высшем образовании, которые появились после первоначальной версии.



Это учебное руководство находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Q&A: Как работают климатические модели?

В первой статье недельной серии, посвященной моделированию климата, Carbon Brief подробно объясняет, как ученые используют компьютеры для понимания нашего меняющегося климата…

Серия

Carbon Brief по моделированию климата

Использование компьютерных моделей пронизывает самую суть науки о климате.

От помощи ученым в разгадывании циклов ледниковых периодов сотни тысяч лет назад до составления прогнозов на этот век или следующий - модели являются важным инструментом для понимания климата Земли.

Но что такое климатическая модель? На что это похоже? Что он на самом деле делает? Это все вопросы, которые может задать любой человек, не занимающийся климатологией.

Carbon Brief обратилась к ряду ученых-климатологов, чтобы ответить на эти и другие вопросы.Далее следует подробные вопросы и ответы о климатических моделях и о том, как ученые их используют. Вы можете использовать ссылки ниже, чтобы перейти к конкретному вопросу.

Что такое климатическая модель?

Модель глобального климата обычно содержит достаточно компьютерного кода, чтобы заполнить 18 000 страниц печатного текста; сотням ученых потребуется много лет, чтобы построить и улучшить; и для работы может потребоваться суперкомпьютер размером с теннисный корт.

Сами модели бывают разных форм - от тех, которые охватывают только один конкретный регион мира или часть климатической системы, до моделей, имитирующих атмосферу, океаны, лед и сушу для всей планеты.

Результаты этих моделей продвигают науку о климате, помогая ученым понять, как деятельность человека влияет на климат Земли. Эти достижения лежали в основе решений по климатической политике в национальном и международном масштабе на протяжении последних пяти десятилетий.

Во многих отношениях моделирование климата - это просто расширение прогнозов погоды, но с упором на изменения в течение десятилетий, а не часов. Фактически, Центр Хэдли Метеорологического бюро Великобритании использует одну и ту же «Унифицированную модель» в качестве основы для обеих задач.

Огромная вычислительная мощность, необходимая для моделирования погоды и климата, означает, что современные модели запускаются с использованием огромных суперкомпьютеров.

Например, три новых суперкомпьютера Cray XC40 в Метеорологическом бюро Hadley Centre вместе способны выполнять 14 000 триллионов вычислений в секунду. На замедленном видео ниже показан третий из этих суперкомпьютеров, установленный в 2017 году.

Основные физические принципы

Итак, что именно входит в климатическую модель? На самом базовом уровне климатические модели используют уравнения для представления процессов и взаимодействий, определяющих климат Земли.Они покрывают атмосферу, океаны, сушу и покрытые льдом регионы планеты.

Модели основаны на тех же законах и уравнениях, которые лежат в основе понимания ученых физических, химических и биологических механизмов, происходящих в системе Земля.

Например, ученые хотят, чтобы модели климата подчинялись фундаментальным физическим принципам, таким как первый закон термодинамики (также известный как закон сохранения энергии), который гласит, что в закрытой системе энергия не может быть потеряна или создана, только переходил из одной формы в другую.

Другой - закон Стефана-Больцмана, на основе которого ученые показали, что естественный парниковый эффект сохраняет поверхность Земли примерно на 33 ° C теплее, чем она была бы без него.

Кроме того, существуют уравнения, описывающие динамику того, что происходит в климатической системе, например, уравнение Клаузиуса-Клапейрона, которое характеризует взаимосвязь между температурой воздуха и максимальным давлением водяного пара в нем.

Наиболее важными из них являются уравнения движения жидкости Навье-Стокса, которые фиксируют скорость, давление, температуру и плотность газов в атмосфере и воды в океане.

Уравнения Навье-Стокса для «несжимаемого» потока в трех измерениях (x, y и z). (Хотя воздух в нашей атмосфере технически сжимаем, он относительно медленно движется и поэтому считается несжимаемым для упрощения уравнений.) Примечание: этот набор уравнений проще, чем те, которые будут использоваться в климатической модели, потому что они должны рассчитывать потоки через вращающуюся сферу.

Однако эта система дифференциальных уравнений в частных производных настолько сложна, что для них нет известного точного решения (за исключением нескольких простых случаев).Это остается одной из величайших математических задач (и тот, кому удастся доказать, что решение всегда существует, ждет приз в миллион долларов). Вместо этого эти уравнения решаются в модели «численно», что означает, что они являются приближенными.

Ученые переводят каждый из этих физических принципов в уравнения, которые составляют строку за строкой компьютерного кода - часто более миллиона строк для глобальной модели климата.

Код в глобальных климатических моделях обычно пишется на языке программирования Fortran.Разработанный IBM в 1950-х годах, Fortran был первым языком программирования «высокого уровня». Это означает, что вместо того, чтобы быть написанным на машинном языке - обычно это поток чисел - код написан во многом как человеческий язык.

Вы можете увидеть это в примере ниже, где показан небольшой фрагмент кода одной из моделей Метеорологического офиса Hadley Center. Код содержит такие команды, как «IF», ​​«THEN» и «DO». Когда модель запускается, она сначала переводится (автоматически) в машинный код, который понимает компьютер.

Часть кода из HadGEM2-ES (используемого для CMIP5) на языке программирования Fortran. Код взят из раздела физиологии растений, который начинает изучать, как различные типы растительности поглощают свет и влагу. Предоставлено: д-р Крис Джонс, Метеорологическое бюро Hadley Center

.

В настоящее время климатологам доступны многие другие языки программирования, такие как C, Python, R, Matlab и IDL. Однако последние четыре из них - это приложения, которые сами написаны на более фундаментальном языке (таком как Фортран) и, следовательно, относительно медленно работают.Сегодня Fortran и C обычно используются для быстрого запуска глобальной модели на суперкомпьютере.

Пространственное разрешение

В коде модели климата есть уравнения, которые управляют физикой, лежащей в основе климатической системы, от того, как морской лед образуется и тает в арктических водах, до обмена газов и влаги между поверхностью суши и воздухом над ней.

На рисунке ниже показано, как все больше и больше климатических процессов включается в глобальные модели на протяжении десятилетий, с середины 1970-х годов до четвертого оценочного отчета («AR4») Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC), опубликованного в 2007 г.

Иллюстрация процессов, добавленных к глобальным климатическим моделям на протяжении десятилетий, с середины 1970-х годов, через первые четыре оценочных отчета МГЭИК: первый («FAR») опубликован в 1990 году, второй («SAR») в 1995 году, третий (« ТДО ») в 2001 году и четвертый (« ДО4 ») в 2007 году. (Обратите внимание, есть также пятый отчет, который был завершен в 2014 году). Источник: ДО4 МГЭИК, рис. 1.2

Итак, как модель вычисляет все эти уравнения?

Из-за сложности климатической системы и ограничений вычислительной мощности модель не может рассчитать все эти процессы для каждого кубического метра климатической системы.Вместо этого климатическая модель делит Землю на ряд ячеек или «ячеек сетки». Глобальная модель может иметь десятки слоев по высоте и глубине атмосферы и океанов.

На изображении ниже показано, как это выглядит в 3D. Затем модель рассчитывает состояние климатической системы в каждой ячейке с учетом температуры, атмосферного давления, влажности и скорости ветра.

Иллюстрация ячеек сетки, используемых в моделях климата, и климатических процессов, которые модель рассчитывает для каждой ячейки (нижний угол).Источник: NOAA GFDL

Для процессов, которые происходят в масштабах, меньших, чем ячейка сетки, таких как конвекция, модель использует «параметризации», чтобы заполнить эти пробелы. По сути, это приближения, упрощающие каждый процесс и позволяющие включить их в модель. (Параметризация рассматривается в вопросе о настройке модели ниже.)

Размер ячеек сетки в модели известен как «пространственное разрешение». Относительно грубая модель глобального климата обычно имеет ячейки сетки, которые составляют около 100 км по долготе и широте в средних широтах.Поскольку Земля является сферой, ячейки для сетки, основанной на долготе и широте, больше на экваторе и меньше на полюсах. Однако ученые все чаще используют альтернативные методы построения координатной сетки, такие как кубическая сфера и икосаэдр, которые не имеют этой проблемы.

Модель с высоким разрешением будет иметь больше коробок меньшего размера. Чем выше разрешение, тем более конкретную климатическую информацию модель может предоставить для конкретного региона, но это требует больше времени для выполнения, поскольку модель требует больше вычислений.

На рисунке ниже показано, как улучшилось пространственное разрешение моделей между первым и четвертым оценочными отчетами МГЭИК. Вы можете увидеть, как детали в топографии поверхности суши проявляются при улучшении разрешения.

Повышение пространственного разрешения климатических моделей, используемых в первых четырех оценочных отчетах МГЭИК: первый («FAR») опубликован в 1990 г., второй («SAR») в 1995 г., третий («TAR») в 2001 г. и четвертый («AR4») в 2007 году. (Обратите внимание, есть также пятый отчет, который был завершен в 2014 году).Источник: ДО4 МГЭИК, рис. 1.2

В общем, увеличение пространственного разрешения модели в два раза потребует примерно в 10 раз большей вычислительной мощности для работы за то же время.

Шаг по времени

Аналогичный компромисс должен быть сделан в отношении «временного шага», заключающегося в том, как часто модель рассчитывает состояние климатической системы. В реальном мире время непрерывно, но модель должна разбивать время на небольшие куски, чтобы сделать вычисления управляемыми.

Каждая модель климата делает это тем или иным образом, но наиболее распространенным подходом является «метод скачка», - объясняет профессор Пол Уильямс, профессор атмосферных наук в Университете Рединга, в главе книги, посвященной именно этой теме:

«Роль чехарда в моделях состоит в том, чтобы продвигать погоду вперед во времени, позволяя делать прогнозы о будущем. Точно так же, как ребенок на игровой площадке перепрыгивает через другого ребенка, чтобы попасть сзади вперед, модель перепрыгивает через настоящее, чтобы перейти из прошлого в будущее.”

Другими словами, модель берет климатическую информацию, полученную от предыдущего и настоящего временных шагов, для экстраполяции вперед к следующему, и так далее во времени.

Как и в случае с размером ячеек сетки, меньший временной шаг означает, что модель может производить более подробную климатическую информацию. Но это также означает, что модели нужно делать больше вычислений при каждом запуске.

Например, для расчета состояния климатической системы для каждой минуты целого столетия потребуется более 50 миллионов вычислений для каждой ячейки сетки, тогда как только расчет для каждого дня потребует 36 500.Это довольно большой диапазон - так как же ученые решают, какой временной шаг использовать?

Ответ сводится к поиску баланса, говорит Уильямс Carbon Brief:

.

«С математической точки зрения, правильным подходом было бы продолжать уменьшать временной шаг до тех пор, пока модели не сойдутся и результаты не перестанут меняться. Однако обычно нам не хватает вычислительных ресурсов для запуска моделей с таким маленьким временным шагом. Поэтому мы вынуждены допускать больший временной шаг, чем нам хотелось бы в идеале.”

Для атмосферного компонента климатических моделей временной шаг около 30 минут «кажется разумным компромиссом» между точностью и временем компьютерной обработки, говорит Уильямс:

«Меньшего размера и повышенной точности будет недостаточно, чтобы оправдать дополнительную вычислительную нагрузку. Если увеличить размер, модель будет работать очень быстро, но качество моделирования будет низким ».

Объединив все эти части вместе, климатическая модель может дать представление всей климатической системы с 30-минутными интервалами на протяжении многих десятилетий или даже столетий.

Как описывает доктор Гэвин Шмидт, директор Института космических исследований имени Годдарда НАСА в своем выступлении на TED в 2014 году, взаимодействие мелкомасштабных процессов в модели означает, что она создает имитацию нашего климата - все, начиная от испарения влаги из поверхность Земли и образование облаков, куда их уносит ветер и где, в конце концов, выпадает дождь.

Шмидт в своем выступлении называет эти «эмерджентные свойства» - особенности климата, которые специально не кодируются в модели, но моделируются моделью в результате всех отдельных встроенных процессов.

Сродни тренеру футбольной команды. Он или она выбирает команду, выбирает расстановку и определяет тактику, но как только команда выходит на поле, менеджер не может диктовать, когда и когда команда забьет или пропустит гол. В модели климата ученые устанавливают основные правила, основанные на физике системы Земля, но именно сама модель создает штормы, засухи и морской лед.

Итак, подведем итог: ученые поместили фундаментальные физические уравнения климата Земли в компьютерную модель, которая затем может воспроизвести - среди прочего - циркуляцию океанов, годовой цикл времен года и потоки углерода. между земной поверхностью и атмосферой.

Вы можете полностью просмотреть выступление Шмидта ниже.

Хотя вышесказанное в общих чертах объясняет, что такое климатическая модель, существует много разных типов. Прочтите вопрос ниже, чтобы изучить их более подробно.

К началу

Какие бывают типы климатических моделей?

Самыми ранними и базовыми численными моделями климата являются модели энергетического баланса (EBM). EBM не моделируют климат, а вместо этого рассматривают баланс между энергией, поступающей в атмосферу Земли от солнца, и теплом, возвращаемым в космос.Единственная климатическая переменная, которую они вычисляют, - это температура поверхности. Для простейших EBM требуется всего несколько строк кода, и их можно запускать в электронной таблице.

Многие из этих моделей являются «нуль-мерными», что означает, что они рассматривают Землю как единое целое; по сути, как единое целое. Другие - одномерные, например, те, которые также учитывают перенос энергии через разные широты поверхности Земли (преимущественно от экватора к полюсам).

Следующим шагом от EBM являются радиационно-конвективные модели, которые имитируют передачу энергии через высоту атмосферы - например, за счет конвекции при подъеме теплого воздуха.Радиационно-конвективные модели могут рассчитывать температуру и влажность различных слоев атмосферы. Эти модели, как правило, одномерные (учитывают только перенос энергии через атмосферу), но они также могут быть двухмерными.

Следующий уровень - это модели общей циркуляции (GCM), также называемые глобальными климатическими моделями, которые имитируют физику самого климата. Это означает, что они улавливают потоки воздуха и воды в атмосфере и / или океанах, а также передачу тепла.

Ранние GCM моделировали только один аспект земной системы - например, в моделях «только для атмосферы» или «только для океана» - но они делали это в трех измерениях, включая многие километры высоты в атмосфере или глубины океанов в десятки слоев модели.

Более сложные «связанные» модели объединили эти различные аспекты, связав вместе несколько моделей, чтобы обеспечить всестороннее представление климатической системы. Совместные модели общей циркуляции атмосферы и океана (или «МОЦАО») могут моделировать, например, обмен теплом и пресной водой между сушей и поверхностью океана и воздухом над ними.

Инфографика ниже показывает, как разработчики моделей постепенно включали отдельные компоненты модели в глобальные связанные модели за последние десятилетия.

Графика Розамунд Пирс; основан на работе доктора Гэвина Шмидта.

Со временем ученые постепенно добавили другие аспекты земной системы к GCM. Когда-то они были бы смоделированы в автономных моделях, таких как гидрология суши, морской лед и наземный лед.

Самая последняя подгруппа GCM теперь включает биогеохимические циклы - перенос химических веществ между живыми существами и окружающей их средой - и то, как они взаимодействуют с климатической системой.Эти «модели системы Земли» (ESM) могут моделировать углеродный цикл, азотный цикл, химию атмосферы, экологию океана и изменения в растительности и землепользовании, которые все влияют на то, как климат реагирует на антропогенные выбросы парниковых газов. У них есть растительность, которая реагирует на температуру и осадки и, в свою очередь, изменяет поглощение и выброс углерода и других парниковых газов в атмосферу.

Профессор Пит Смит, профессор почв и глобальных изменений в Университете Абердина, описывает ESM как «сутенерские» версии GCM:

«GCM были моделями, которые использовались, возможно, в 1980-х годах.Итак, они были в значительной степени собраны физиками атмосферы, так что все связано с энергией, массой и сохранением воды, и это вся физика их перемещения. Но у них было относительно ограниченное представление о том, как атмосфера затем взаимодействует с океаном и поверхностью суши. В то время как ESM пытается учесть эти взаимодействия с сушей и с океаном, поэтому вы можете рассматривать ESM как «надутую» версию GCM ».

Существуют также региональные климатические модели («РКМ»), которые выполняют ту же работу, что и ГКМ, но для ограниченного участка Земли.Поскольку они покрывают меньшую площадь, RCM обычно можно запускать быстрее и с более высоким разрешением, чем GCM. Модель с высоким разрешением имеет меньшие ячейки сетки и, следовательно, может давать более подробную информацию о климате для конкретной области.

RCM

- это один из способов «уменьшить масштаб» глобальной климатической информации до местного масштаба. Это означает использование информации, полученной с помощью GCM или крупномасштабных наблюдений, и ее применение к определенной области или региону. Более подробно уменьшение масштаба рассматривается в следующем вопросе.

Глоссарий

Интегрированные модели оценки: IAM - это компьютерные модели, которые анализируют широкий спектр данных, например физический, экономический и социальный - для получения информации, которую можно использовать для принятия решений. В частности, в исследованиях климата IAM обычно используются для прогнозирования будущих выбросов парниковых газов и воздействия на климат, а также выгод и затрат на варианты политики, которые могут быть реализованы для их решения.

Интегрированные модели оценки: IAM - это компьютерные модели, которые анализируют широкий спектр данных - e.грамм. физический, экономический и социальный - для получения информации, которую можно использовать для принятия решений. В частности, для исследования климата… Подробнее

Наконец, подмножество моделирования климата включает модели комплексной оценки (IAM). Они добавляют аспекты общества к простой модели климата, моделируя, как население, экономический рост и использование энергии влияют на физический климат и взаимодействуют с ним.

IAM

создают сценарии того, как выбросы парниковых газов могут измениться в будущем. Затем ученые могут запускать эти сценарии с помощью ESM для составления прогнозов изменения климата, предоставляя информацию, которую можно использовать для информирования о климатической и энергетической политике во всем мире.

В исследованиях климата IAM обычно используются для прогнозирования будущих выбросов парниковых газов, а также выгод и затрат на варианты политики, которые могут быть реализованы для их решения. Например, они используются для оценки социальной стоимости углерода - денежной оценки воздействия, как положительного, так и отрицательного, каждой дополнительной тонны выбрасываемого СО2.

Какие входы и выходы для климатической модели?

Если в предыдущем разделе рассматривалось то, что находится внутри климатической модели, то в этом основное внимание уделяется тому, что ученые вкладывают в модель и получают с другой стороны.

Модели климата запускаются с использованием данных о факторах, влияющих на климат, и прогнозов о том, как они могут измениться в будущем. Результаты климатической модели могут достигать петабайт данных, включая показания каждые несколько часов для тысяч переменных в пространстве и времени, от температуры до облаков и солености океана.

Входы

Основными входными данными в модели являются внешние факторы, которые изменяют количество солнечной энергии, поглощаемой Землей, или количество поглощаемой атмосферой.

Извержение холмов Суфриер, остров Монтсеррат, Карибские острова, 1/2/2010. Предоставлено: Stocktrek Images, Inc./Alamy Stock Photo.

Эти внешние факторы называются «принуждениями». К ним относятся изменения в солнечной энергии, долгоживущие парниковые газы, такие как CO2, метан (Ch5), оксиды азота (N2O) и галоидоуглероды, а также крошечные частицы, называемые аэрозолями, которые выделяются при сжигании ископаемого топлива и от лесных пожаров. и извержения вулканов. Аэрозоли отражают падающий солнечный свет и влияют на формирование облаков.

Как правило, все эти индивидуальные воздействия проходят через модель либо как наилучшую оценку прошлых условий, либо как часть будущих «сценариев выбросов». Это потенциальные пути концентрации парниковых газов в атмосфере в зависимости от того, как технологии, энергия и землепользование изменятся на протяжении столетий.

Сегодня в большинстве модельных прогнозов используется один или несколько «Репрезентативных путей концентрации» (RCP), которые обеспечивают правдоподобное описание будущего на основе социально-экономических сценариев роста и развития глобального общества.Вы можете узнать больше о различных путях в этой более ранней статье Carbon Brief.

Модели

также используют оценки прошлых воздействий, чтобы изучить, как изменился климат за последние 200, 1000 или даже 20 000 лет. Прошлые воздействия оцениваются с использованием данных об изменениях орбиты Земли, исторических концентрациях парниковых газов, прошлых извержениях вулканов, изменениях в количестве солнечных пятен и других записях далекого прошлого.

Кроме того, существуют «контрольные прогоны» климатической модели, в которых радиационное воздействие остается постоянным в течение сотен или тысяч лет.Это позволяет ученым сравнивать смоделированный климат с изменениями антропогенных или естественных воздействий и без них, а также оценивать, насколько велика «невынужденная» естественная изменчивость.

Выходы

Климатические модели создают почти полную картину климата Земли, включая тысячи различных переменных в часовых, дневных и ежемесячных временных рамках.

Эти выходные данные включают температуру и влажность различных слоев атмосферы от поверхности до верхних слоев стратосферы, а также температуры, соленость и кислотность (pH) океанов от поверхности до морского дна.

Модели

также производят оценки снегопадов, осадков, снежного покрова и протяженности ледников, ледяных щитов и морского льда. Они генерируют скорость, силу и направление ветра, а также климатические особенности, такие как струйное течение и океанские течения.

Более необычные выходные данные модели включают облачный покров и высоту, а также более технические переменные, такие как длинноволновое излучение приповерхностного апвеллинга - сколько энергии излучается поверхностью обратно в атмосферу - или сколько морской соли уходит из океана во время испарения и накапливается на суше.

Климатические модели также дают оценку «чувствительности климата». То есть они рассчитывают, насколько чувствительна Земля к увеличению концентрации парниковых газов, принимая во внимание различные обратные связи климата, такие как водяной пар и изменения отражательной способности или «альбедо» поверхности Земли, связанные с потерей льда.

Полный список общих результатов климатических моделей, запускаемых для следующего отчета МГЭИК, доступен в проекте CMIP6 (Проект взаимного сравнения связанных моделей 6 или CMIP6; CMIP более подробно объясняется ниже).

Разработчики моделей

хранят петабайты климатических данных в таких местах, как Национальный центр атмосферных исследований (NCAR), и часто предоставляют данные в виде файлов netCDF, которые легко анализировать исследователям.

К началу

Какие типы экспериментов проводят ученые с моделями климата?

Климатические модели используются учеными для ответа на множество различных вопросов, в том числе почему климат Земли меняется и как он может измениться в будущем, если выбросы парниковых газов продолжатся.

Модели

могут помочь выяснить, что вызывало наблюдаемое потепление в прошлом, а также насколько большую роль играют природные факторы по сравнению с человеческими факторами.

Ученые проводят множество различных экспериментов для моделирования климата прошлого, настоящего и будущего. Они также разрабатывают тесты, чтобы проверить работу определенных частей различных климатических моделей. Разработчики моделей проводят эксперименты, выясняя, что произойдет, если, скажем, мы внезапно увеличим выбросы CO2 в четыре раза или если для охлаждения климата будут использованы подходы геоинженерии.

Многие разные группы проводят одни и те же эксперименты над своими моделями климата, создавая так называемый модельный ансамбль. Эти модельные ансамбли позволяют исследователям изучать различия между климатическими моделями, а также лучше отражать неопределенность в будущих прогнозах. Эксперименты, которые моделисты проводят в рамках проектов взаимного сравнения связанных моделей (CMIP), включают:

Исторические пробеги

Климатические модели созданы за исторический период, примерно с 1850 года до настоящего времени.Они используют наилучшую оценку факторов, влияющих на климат, включая концентрации CO2, Ch5 и N2O, изменения в солнечной энергии, аэрозоли от извержений вулканов, аэрозоли от деятельности человека и изменения в землепользовании.

Эти исторические расчеты не «соответствуют» фактическим наблюдаемым температурам или осадкам, а скорее вытекают из физических свойств модели. Это означает, что они позволяют ученым сравнивать модельные прогнозы («ретроспективные прогнозы») прошлого климата с зарегистрированными климатическими наблюдениями. Если климатические модели могут успешно ретроспективно прогнозировать прошлые климатические переменные, такие как температура поверхности, это дает ученым больше уверенности в модельных прогнозах будущего.

Исторические прогоны также полезны для определения того, насколько большую роль играет человеческая деятельность в изменении климата (так называемая «атрибуция»).Например, на приведенной ниже диаграмме сравниваются два варианта модели с наблюдаемым климатом - только с естественными воздействиями (синяя заливка) и с прогонами моделей как с человеческими, так и с естественными воздействиями (розовая заливка).

Рисунок из Четвертого оценочного отчета IPCC (Hegerl et al 2007).

Прогоны только естественного происхождения включают только естественные факторы, такие как изменения солнечной энергии и извержения вулканов, но они предполагают, что парниковые газы и другие человеческие факторы остаются неизменными на доиндустриальном уровне. Прогоны, предназначенные только для людей, сохраняют естественные факторы неизменными и учитывают только последствия человеческой деятельности, такие как повышение концентрации парниковых газов в атмосфере.

Сравнивая эти два сценария (и комбинированный прогон «всех факторов»), ученые могут оценить относительный вклад в наблюдаемые изменения климата антропогенных и природных факторов. Это помогает им выяснить, какая доля современных климатических изменений связана с деятельностью человека.

Сценарии будущего потепления

Пятый оценочный отчет МГЭИК сосредоточен на четырех сценариях будущего потепления, известных как сценарии репрезентативной траектории концентрации (RCP). Они смотрят на то, как климат может измениться с настоящего времени до 2100 года и далее.

Многие факторы, определяющие выбросы в будущем, такие как население и экономический рост, трудно предсказать. Таким образом, эти сценарии охватывают широкий спектр вариантов будущего: от обычного мира, в котором мало или совсем не предпринимаются меры по смягчению последствий (RCP6.0 и RCP8.5), до мира, в котором агрессивные меры по смягчению воздействий обычно ограничивают потепление не более чем 2C (RCP2.6). Вы можете узнать больше о различных RCP здесь.

Эти сценарии RCP определяют различные величины радиационных воздействий.Модели используют эти силы, чтобы исследовать, как система Земли будет меняться в зависимости от каждого из путей. Предстоящие учения CMIP6, связанные с шестым оценочным отчетом МГЭИК, добавят четыре новых сценария RCP, чтобы заполнить пробелы вокруг четырех уже используемых, включая сценарий, который соответствует температурному пределу 1,5 ° C.

Контрольные прогоны

Контрольные прогоны полезны для изучения того, как естественная изменчивость выражается в моделях при отсутствии других изменений.Они также используются для диагностики «дрейфа модели», когда в модели происходят ложные долгосрочные изменения, не связанные ни с естественной изменчивостью, ни с изменениями внешнего воздействия.

Если модель «дрейфует», в ней будут происходить изменения, выходящие за рамки обычной естественной изменчивости от года к году и от десятилетия к десятилетию, даже если факторы, влияющие на климат, такие как концентрации парниковых газов, остаются неизменными.

Управляющие прогоны модели запускают модель в период до того, как современная промышленная деятельность резко увеличила выбросы парниковых газов.Затем они позволяют модели работать в течение сотен или тысяч лет без изменения парниковых газов, солнечной активности или любых других внешних факторов, влияющих на климат. Это отличается от естественного пробега, поскольку человеческие и природные факторы не меняются.

Проект взаимного сравнения атмосферных моделей (AMIP) выполняется

Климатические модели включают атмосферу, сушу и океан. AMIP эффективно «выключает» все, кроме атмосферы, используя фиксированные значения для суши и океана на основе наблюдений.Например, прогоны AMIP используют наблюдаемые температуры поверхности моря в качестве входных данных для модели, позволяя реагировать на температуру поверхности суши и температуру различных слоев атмосферы.

Обычно климатические модели имеют собственную внутреннюю изменчивость - краткосрочные климатические циклы в океанах, такие как явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья, которые происходят в разное время, чем то, что происходит в реальном мире. Прогоны AMIP позволяют разработчикам моделей сопоставлять температуру океана с наблюдениями, так что внутренняя изменчивость в моделях происходит одновременно с наблюдениями, а изменения во времени в обоих случаях легче сравнивать.

Резкие 4-кратные выбросы CO2

Проекты сравнения климатических моделей, такие как CMIP5, обычно требуют, чтобы все модели выполняли набор «диагностических» сценариев для проверки производительности по различным критериям.

Один из этих тестов - «резкое» увеличение выбросов CO2 от доиндустриальных уровней до четырехкратного увеличения - с 280 частей на миллион (ppm) до 1120ppm - при сохранении всех других факторов, влияющих на климатическую константу. (Для контекста, текущая концентрация CO2 составляет около 400 частей на миллион.) Это позволяет ученым увидеть, насколько быстро температура Земли реагирует на изменения содержания CO2 в их модели по сравнению с другими.

  • Одна из 42 панелей, выставленных на всей станции метро Gare du Nord в Париже, в честь Сюкуро Манабе и его вклада в науку о климате в ознаменование конференции ООН по изменению климата COP21 в 2015 году. Уравнения были использованы Манабе в его основополагающей климатической модели в конец 1960-х гг. Предоставлено: NOAA / Рори О'Коннор.

  • Одна из 42 панелей, выставленных на всей станции метро Gare du Nord в Париже, в честь Сюкуро Манабе и его вклада в науку о климате, приуроченная к конференции ООН по изменению климата COP21 в 2015 году.Уравнения были использованы Манабе в его основополагающей климатической модели в конце 1960-х годов. Предоставлено: Розамунд Пирс / Carbon Brief.

  • Одна из 42 панелей, выставленных на всей станции метро Gare du Nord в Париже, в честь Сюкуро Манабе и его вклада в науку о климате в ознаменование конференции ООН по изменению климата COP21 в 2015 году. Уравнения были использованы Манабе в его основополагающей климатической модели в конец 1960-х гг. Предоставлено: NOAA / Рори О'Коннор.

1% CO2 работает

Другой диагностический тест увеличивает выбросы CO2 от доиндустриальных уровней на 1% в год, пока CO2 в конечном итоге не увеличится в четыре раза и не достигнет 1120 ppm.В этих сценариях также остаются неизменными все другие факторы, влияющие на климат.

Это позволяет разработчикам моделей отделить эффекты постепенного увеличения CO2 от всего остального, что происходит в более сложных сценариях, таких как изменения в аэрозолях и других парниковых газах, таких как метан.

Палеоклиматические трассы

Здесь модели запускаются для климата прошлого (палеоклимат). Модели были запущены для нескольких различных периодов: последние 1000 лет; голоцен, охватывающий последние 12 000 лет; последний ледниковый максимум 21 000 лет назад, во время последнего ледникового периода; последнее межледниковье около 127 000 лет назад; теплый период среднего плиоцена 3.2 млн лет назад; и необычный период быстрого потепления, названный палеоценовым-эоценовым термальным максимумом около 55 миллионов лет назад.

В этих моделях используются наилучшие доступные оценки факторов, влияющих на прошлый климат Земли, включая солнечную энергию и вулканическую активность, а также долгосрочные изменения орбиты Земли и расположения континентов.

Эти прогоны палеоклиматических моделей могут помочь исследователям понять, насколько большие прошлые колебания климата Земли происходили, например, во время ледниковых периодов, и как уровень моря и другие факторы менялись в периоды потепления и похолодания.Эти прошлые изменения указывают на будущее, если потепление продолжится.

Специализированные модельные испытания

В рамках CMIP6 исследовательские группы по всему миру проводят множество различных экспериментов. К ним относятся изучение поведения аэрозолей в моделях, формирование облаков и обратные связи, реакция ледяного покрова на потепление, сезонные изменения, повышение уровня моря, изменения в землепользовании, океаны и воздействие вулканов.

Ученые также планируют проект по взаимному сравнению геоинженерных моделей.Здесь будет рассмотрено, как модели реагируют на закачку сульфидных газов в стратосферу для охлаждения климата, среди других возможных вмешательств.

К началу

Кто занимается моделированием климата во всем мире?

Более двух десятков научных учреждений по всему миру разрабатывают модели климата, причем каждый центр часто создает и уточняет несколько различных моделей одновременно.

Модели, которые они производят, обычно - хотя и довольно банально - носят имена самих центров.Поэтому, например, Центр Хэдли метеорологического бюро разработал семейство моделей «HadGEM3». Тем временем лаборатория геофизической гидродинамики NOAA разработала модель системы Земли GFDL ESM2M.

Тем не менее, модели становятся все более совместными усилиями, что часто отражается в их названиях. Например, Центр Хэдли и более широкое сообщество Совета по исследованиям природной среды (NERC) в Великобритании совместно разработали модель системы Земли UKESM1. В ее основе лежит модель HadGEM3 Метеорологического бюро Hadley Centre.

Другой пример - Модель системы Земли сообщества (CESM), созданная Национальным центром атмосферных исследований (NCAR) в США в начале 1980-х годов. Как следует из названия, модель является продуктом сотрудничества тысяч ученых (и ее можно бесплатно загрузить и запустить).

Тот факт, что существует множество центров моделирования по всему миру, в которых проходят аналогичные процессы, является «действительно важным направлением исследований климата», - говорит д-р Крис Джонс, который возглавляет исследования Центра Хэдли Метеорологического бюро по моделированию растительности и углеродного цикла и их взаимодействию с климат.Он сообщает Carbon Brief:

.

«Существует порядка 10 или 15 крупных центров глобального моделирования климата, которые производят моделирование и результаты. И, сравнивая то, что говорят разные модели и различные наборы исследований, вы можете судить, в каких вещах можно доверять, где они согласны, а где у нас меньше уверенности, где есть разногласия. Это направляет процесс разработки модели ».

«Если бы была только одна модель или один центр моделирования, было бы гораздо меньше представления о ее сильных и слабых сторонах», - говорит Джонс.И хотя разные модели связаны между собой - между группами ведется много совместных исследований и дискуссий - они обычно не доходят до использования одних и тех же строк кода. Он объясняет:

«Когда мы разрабатываем новую схему [моделирования], мы опубликуем уравнения этой схемы в научной литературе, чтобы она прошла рецензирование. Это общедоступно, и другие центры могут сравнить это с тем, что они используют ».

Ниже Carbon Brief нанесла на карту центры моделирования климата, которые внесли свой вклад в пятый проект по взаимному сравнению связанных моделей (CMIP5), который вошел в пятый оценочный отчет МГЭИК.Наведите указатель мыши на отдельные центры на карте, чтобы узнать о них больше.

Большинство модельных центров находятся в Северной Америке и Европе. Однако стоит отметить, что список CMIP5 не является исчерпывающим перечнем центров моделирования, особенно потому, что он ориентирован на учреждения с глобальными климатическими моделями. Это означает, что в список не включены центры, занимающиеся региональным моделированием климата или прогнозированием погоды, - говорит Джонс:

«Например, мы ведем большую совместную работу с Бразилией, которая концентрирует свои GCM на погодных и сезонных прогнозах.В прошлом они даже использовали версию HadGEM2 для отправки данных в CMIP5. Для CMIP6 они надеются использовать модель системы Земли Бразилии («BESM») ».

Степень открытости компьютерного кода каждого центра моделирования в разных учреждениях различается. Многие модели доступны по лицензии научному сообществу бесплатно. Обычно для этого требуется подписание лицензии, определяющей условия использования и распространения кода.

Например, ECHAM6 GCM, разработанный Институтом метеорологии Макса Планка в Германии, доступен в соответствии с лицензионным соглашением (pdf), в котором оговаривается, что использование его программного обеспечения «разрешено только для законных научных целей в исследованиях и образовании», а «не в коммерческих целях ».

Институт указывает, что основная цель лицензионного соглашения состоит в том, чтобы сообщить ему, кто использует модели, и установить способ связи с пользователями. Там написано:

«Разработанное программное обеспечение MPI-M должно оставаться управляемым и документированным. Это дух следующего лицензионного соглашения ... Также важно предоставлять обратную связь разработчикам моделей, сообщать об ошибках и предлагать улучшения кода ».

Другие примеры моделей, доступных по лицензии, включают: модели NCAR CESM (как упоминалось ранее), GCM ModelE Института космических исследований NASA Годдарда и различные модели Центра моделирования климата Института Пьера Симона Лапласа (IPSL) во Франции.

К началу

Что такое CMIP?

При таком количестве учреждений, разрабатывающих и использующих климатические модели, существует риск того, что каждая группа будет подходить к моделированию по-своему, что снижает сопоставимость их результатов.

Именно здесь на помощь приходит Проект взаимного сравнения связанных моделей («CMIP»). CMIP - это основа для экспериментов с климатическими моделями, позволяющая ученым систематически анализировать, проверять и улучшать GCM.

«Связанный» в названии означает, что все климатические модели в проекте связаны с МОГ атмосферы и океана. Доктор Крис Джонс из Метеорологического бюро объясняет значение «взаимного сравнения» в названии:

«Идея взаимного сравнения возникла из того факта, что много лет назад разные группы моделирования имели разные модели, но они также настраивали их немного по-другому и проводили с ними разные численные эксперименты.Когда вы приходите к сравнению результатов, вы никогда не совсем уверены, вызваны ли различия тем, что модели разные, или потому, что они были настроены по-другому ».

Итак, CMIP был разработан, чтобы привести в соответствие все эксперименты с климатическими моделями, которые проводились различными центрами моделирования.

С момента своего создания в 1995 году CMIP пережила несколько поколений, и каждая итерация становится все более сложной в разрабатываемых экспериментах. Новое поколение приходит каждые 5-6 лет.

В первые годы своего существования эксперименты CMIP включали, например, моделирование воздействия ежегодного увеличения концентрации CO2 в атмосфере на 1% (как упоминалось выше). В более поздних итерациях эксперименты включали более подробные сценарии выбросов, такие как Репрезентативные траектории концентрации («RCP»).

Установка моделей одинаковым образом и с использованием одних и тех же исходных данных означает, что ученые знают, что различия в прогнозах изменения климата, исходящих из моделей, обусловлены различиями в самих моделях.Это первый шаг в попытке понять, что вызывает эти различия.

Выходные данные, создаваемые каждым центром моделирования, затем загружаются на центральный веб-портал, управляемый Программой диагностики и взаимного сравнения климатических моделей (PCMDI), к которому ученые из многих дисциплин и со всего мира могут получить свободный и открытый доступ.

CMIP находится в ведении Комитета Рабочей группы по совместному моделированию, который является частью Всемирной программы исследования климата (ВПИК), базирующейся во Всемирной метеорологической организации в Женеве.Кроме того, группа CMIP наблюдает за разработкой экспериментов и наборов данных, а также решает любые проблемы.

Число исследователей, публикующих статьи, основанные на данных CMIP, «выросло с нескольких десятков до более тысячи», - заявила профессор Вероника Айринг, председатель комиссии CMIP, в недавнем интервью журналу Nature Climate Change.

По словам Айринга, моделирование CMIP5 завершено, и сейчас в процессе разработки CMIP6, в котором будут задействованы более 30 центров моделирования по всему миру.

Помимо основного набора экспериментов по моделированию «DECK» (Диагностика, Оценка и Характеристика Климы), CMIP6 также будет иметь набор дополнительных экспериментов для ответа на конкретные научные вопросы. Они делятся на отдельные проекты взаимного сравнения моделей, или «MIP». По словам Айринга, на данный момент одобрен 21 MIP:

«Предложения были представлены в комиссию CMIP и получили одобрение, если они соответствовали 10 критериям, установленным сообществом, в целом: продвижение прогресса в устранении пробелов, выявленных на предыдущих этапах CMIP, участие в основных задачах ВПИК и наличие как минимум восьми модельных групп, желающих принять участие. .”

Вы можете увидеть 21 MIP и общий план эксперимента CMIP6 на схеме ниже.

Схема экспериментального дизайна CMIP / CMIP6 и 21 MIP, одобренного CMIP6. Воспроизведено с разрешения Simpkins (2017).

Существует специальный выпуск журнала «Разработка геонаучных моделей по CMIP6», в котором опубликовано 28 статей, посвященных проекту в целом и конкретным MIP.

Результаты прогонов модели CMIP6 лягут в основу большей части исследований, которые будут включены в шестой оценочный отчет МГЭИК.Однако стоит отметить, что CMIP полностью независим от IPCC.

К началу

Как ученые проверяют климатические модели? Как они их проверяют?

Ученые тестируют или «подтверждают» свои модели, сравнивая их с реальными наблюдениями. Это может включать, например, сравнение прогнозов модели с фактическими глобальными температурами поверхности за последнее столетие.

Климатические модели могут быть проверены с учетом прошлых изменений климата Земли.Эти сравнения с прошлым, как упоминалось выше, называются «ретроспективными прогнозами».

Ученые не «рассказывают» своим моделям, как климат менялся в прошлом - например, они не используют исторические показания температуры. Вместо этого они вводят информацию о прошлых климатических воздействиях, а модели создают «ретроспективный прогноз» исторических условий. Это может быть полезным способом проверки моделей.

Ретроспективные прогнозы климатической модели различных климатических факторов, включая температуру (на поверхности, в океанах и атмосфере), дождь и снег, образование ураганов, протяженность морского льда и многие другие климатические переменные, были использованы, чтобы показать, что модели могут точно имитировать климат Земли. .

Имеются ретроспективные прогнозы исторического рекорда температуры (с 1850 г. по настоящее время) за последние 2000 лет с использованием различных климатических прокси и даже за последние 20 000 лет.

Конкретные события, которые имеют большое влияние на климат, такие как извержения вулканов, также могут использоваться для проверки работоспособности модели. Климат относительно быстро реагирует на извержения вулканов, поэтому разработчики моделей могут увидеть, точно ли модели отражают то, что происходит после сильных извержений, после ожидания всего несколько лет.Исследования показывают, что модели точно прогнозируют изменения температуры и содержания водяного пара в атмосфере после крупных извержений вулканов.

Климатические модели также сравниваются со средним состоянием климата, известным как «климатология». Например, исследователи проверяют, схожа ли средняя температура Земли зимой и летом в моделях и реальности. Они также сравнивают протяженность морского льда между моделями и наблюдениями и могут использовать модели, которые лучше представляют текущее количество морского льда, пытаясь спрогнозировать будущие изменения.

Эксперименты, в которых запускается множество различных моделей с одинаковыми концентрациями парниковых газов и другими «факторами воздействия», как в проектах взаимного сравнения моделей, позволяют увидеть сходства и различия между моделями.

Для многих частей климатической системы среднее значение для всех моделей может быть более точным, чем для большинства отдельных моделей. Исследователи обнаружили, что прогнозы могут демонстрировать более высокую квалификацию, более высокую надежность и согласованность при объединении нескольких независимых моделей.

Один из способов проверить надежность моделей - сравнить прогнозируемые будущие изменения с тем, как обстоят дела в реальном мире. Однако это может быть сложно сделать с помощью долгосрочных прогнозов, потому что потребуется много времени, чтобы оценить, насколько хорошо работают текущие модели.

Недавно Carbon Brief обнаружила, что модели, созданные учеными с 1970-х годов, в целом хорошо справляются с прогнозированием будущего потепления. На видео ниже показан пример модельных ретроспективных прогнозов и прогнозов в сравнении с фактическими температурами поверхности.

К началу

Каким образом модели климата «параметризуются» и настраиваются?

Как упоминалось выше, ученые не имеют в своем распоряжении безграничных вычислительных мощностей, и поэтому в моделях необходимо разделить Землю на ячейки сетки, чтобы сделать вычисления более управляемыми.

Это означает, что на каждом этапе модели во времени вычисляется средний климат каждой ячейки сетки. Однако существует множество процессов в климатической системе и на поверхности Земли, которые происходят в масштабах в пределах одной ячейки.

Например, высота поверхности земли будет усреднена по всей ячейке сетки модели, что означает, что она потенциально не учитывает детали любых физических объектов, таких как горы и долины. Точно так же облака могут образовываться и рассеиваться в масштабах, намного меньших, чем ячейка сетки.

Для решения этой проблемы эти переменные «параметризованы», то есть их значения определяются в компьютерном коде, а не рассчитываются самой моделью.

На приведенном ниже рисунке показаны некоторые процессы, которые обычно параметризуются в моделях.

Параметризация также может использоваться в качестве упрощения, когда климатический процесс не совсем понятен. Параметризация - один из основных источников неопределенности в климатических моделях.

Список из 20 климатических процессов и свойств, которые обычно необходимо параметризовать в глобальных климатических моделях. Изображение любезно предоставлено MetEd, программой COMET, UCAR.

Во многих случаях невозможно сузить параметризованные переменные до одного значения, поэтому модель должна включать оценку.Ученые проводят тесты с моделью, чтобы найти значение или диапазон значений, которые позволяют модели лучше всего отображать климат.

Этот сложный процесс известен как «настройка» или «калибровка» модели. Хотя это необходимая часть моделирования климата, это не специфический для него процесс. В 1922 году, например, в документе Королевского общества по теоретической статистике «оценка параметров» была определена как один из трех этапов моделирования.

Доктор Джеймс Скрин, доцент кафедры климатологии в Университете Эксетера, описывает, как ученые могут настроить свою модель на альбедо (отражательную способность) морского льда.Он сообщает Carbon Brief:

.

«Во многих моделях морского льда альбедо морского льда является параметром, которому присвоено определенное значение. Мы не знаем «правильного» значения альбедо льда. Существует некоторый диапазон неопределенности, связанный с наблюдениями за альбедо. Таким образом, при разработке своих моделей центры моделирования могут экспериментировать с немного разными, но правдоподобными значениями параметров, пытаясь смоделировать некоторые основные характеристики морского льда как можно ближе к нашим лучшим оценкам по наблюдениям.Например, они могут захотеть убедиться, что сезонный цикл выглядит правильным или имеется примерно необходимое количество льда в среднем. Это тюнинг ».

Если бы все параметры были определены на 100%, то в калибровке не было бы необходимости, отмечает экран. Но знания ученых о климате несовершенны, потому что доказательства, которые они получают в результате наблюдений, неполны. Следовательно, им необходимо протестировать значения своих параметров, чтобы получить разумные выходные данные модели для ключевых переменных.

Глоссарий

Альбедо: Альбедо - это показатель того, какая часть солнечной энергии отражается от поверхности.Оно образовано от латинского слова albus, что означает белый. Альбедо измеряется в процентах или долях солнечной энергии, которая отражается. Снег и лед, как правило, имеют более высокое альбедо, чем, например, почва, леса и открытая вода.

Альбедо: Альбедо - это мера того, какая часть солнечной энергии отражается от поверхности. Оно образовано от латинского слова albus, что означает белый. Альбедо измеряется в процентах… Подробнее

Поскольку большинство глобальных моделей будут содержать схемы параметризации, практически все центры моделирования выполняют те или иные настройки модели.Исследование, проведенное в 2014 году (pdf), показало, что в большинстве случаев разработчики моделей настраивают свои модели, чтобы обеспечить точность долгосрочного среднего состояния климата, включая такие факторы, как абсолютные температуры, концентрация морского льда, альбедо поверхности и протяженность морского льда. .

Фактор, на который чаще всего настраиваются - в 70% случаев - это радиационный баланс в верхней части атмосферы. Этот процесс включал настройку параметризации, в частности облаков - микрофизики, конвекции и облачности, - а также снега, альбедо морского льда и растительности.

Эта настройка не предполагает простой «подгонки» исторических наблюдений. Скорее, если разумный выбор параметров приводит к результатам модели, которые резко отличаются от наблюдаемой климатологии, разработчики моделей могут решить использовать другой. Точно так же, если обновления модели приводят к большому расхождению с наблюдениями, разработчики моделей могут искать ошибки или другие факторы, объясняющие разницу.

Как сообщил директор Института космических исследований имени Годдарда НАСА доктор Гэвин Шмидт, Carbon Brief:

«Глобальные средние тенденции отслеживаются на предмет здравомыслия, но (как правило) не учитываются точно.В сообществе ведется много дискуссий по этому поводу, но все понимают, что это нужно сделать более прозрачным ».

Что такое коррекция смещения?

Хотя климатические модели хорошо моделируют климат Земли в целом, включая знакомые климатические особенности, такие как штормы, муссонные дожди, реактивные течения, пассаты и циклы Эль-Ниньо, они не идеальны. Это особенно верно в региональном и местном масштабах, где моделирование может иметь существенные отклонения от наблюдаемого климата, известные как «систематические ошибки».

Эти смещения возникают из-за того, что модели представляют собой упрощение климатической системы, а крупномасштабные ячейки сетки, которые используют глобальные модели, могут упускать детали местного климата.

В этих случаях ученые применяют методы «коррекции смещения» к модельным данным, объясняет д-р Дуглас Мараун, руководитель исследовательской группы по моделированию и анализу регионального климата в Университете Граца и соавтор книги «Статистическое масштабирование и смещение. Поправка на исследования климата ». Он сообщает Carbon Brief:

.

«Представьте, что вы инженер-гидротехник и должны защищать долину от внезапных наводнений из близлежащего горного ручья.Предполагается, что защита продлится в течение следующих десятилетий, поэтому вы должны учитывать будущие изменения количества осадков в вашем бассейне реки. Климатические модели, даже если они определяют соответствующие погодные системы, могут быть искажены по сравнению с реальным миром ».

Для инженера по водоснабжению, который использует выходные данные климатической модели в качестве входных данных для модели риска наводнений в долине, такие предубеждения могут иметь решающее значение, - говорит Мараун:

«Предположим, что в действительности у вас низкие температуры, идет снег и поверхностный сток в результате сильных дождей очень низкий.Но модель имитирует положительные температуры, осадки и ливневые паводки ».

Другими словами, если взять результаты крупномасштабной климатической модели как есть и пропустить их через модель наводнения, это может создать неверное представление о риске наводнения в этой конкретной долине.

Для решения этой проблемы - и создания климатических прогнозов, которые инженер-гидротехник может использовать при проектировании защиты от наводнений, - ученый применяет «коррекцию смещения» к выходным данным климатической модели.

Профессор Эд Хокинс, профессор климатологии в Университете Рединга, объясняет Carbon Brief:

«Коррекция смещения - иногда называемая« калибровкой »- это процесс учета смещений в имитационных моделях климата для получения прогнозов, которые больше соответствуют имеющимся наблюдениям.”

По сути, ученые сравнивают долгосрочную статистику в выходных данных модели с наблюдаемыми климатическими данными. Затем, используя статистические методы, они исправляют любые ошибки в выходных данных модели, чтобы убедиться, что они соответствуют текущим знаниям о климатической системе.

Коррекция смещения часто основана на усредненной климатической информации, отмечает Мараун, хотя более сложные подходы корректируют и экстремальные значения.

Этап коррекции смещения в процессе моделирования особенно полезен, когда ученые рассматривают аспекты климата, для которых важны пороговые значения, - говорит Хокинс.

Пример взят из исследования 2016 года, проведенного в соавторстве с Хокинсом, о том, как морские пути могут открываться через арктический морской лед из-за изменения климата. Он объясняет:

«Жизнеспособность арктического судоходства в будущем зависит от прогнозируемой толщины морского льда, поскольку различные типы судов не могут путешествовать, если лед достигает критической толщины в любой точке маршрута. Если климатическая модель имитирует слишком много или слишком мало льда для сегодняшнего дня в конкретном месте, тогда прогнозы жизнеспособности маршрута судна также будут неверными.

«Тем не менее, мы можем использовать наблюдения за толщиной льда, чтобы исправить пространственные отклонения в моделируемой толщине морского льда в Арктике и создать прогнозы, которые более согласованы, чем без коррекции смещения».

Другими словами, используя коррекцию смещения для получения правильного изображения смоделированного морского льда в модели на сегодняшний день, Хокинс и его коллеги могут иметь больше уверенности в своих прогнозах на будущее.

Российский ледокол на Северном полюсе.Предоставлено: Кристофер Мишель через Flickr.

Как правило, коррекция смещения применяется только к выходным данным модели, но в прошлом она также использовалась в прогонах моделей, объясняет Мараун:

«Примерно десять лет назад было довольно обычным делом регулировать потоки между различными компонентами модели - например, океаном и атмосферой - на каждом шаге модели в сторону наблюдаемых полей с помощью так называемых« поправок на поток »».

Недавние успехи в моделировании поправок к среднему потоку больше не нужны.Тем не менее, некоторые исследователи выдвинули предположение, что поправки на поток все еще могут использоваться для устранения оставшихся смещений в моделях, говорит Мараун:

«Например, большинство ГКМ имитируют слишком холодную Северную Атлантику, проблему, которая имеет косвенное влияние, например, на атмосферную циркуляцию и характер осадков в Европе».

Таким образом, подталкивая модель к тому, чтобы моделирование северной части Атлантического океана продолжалось (на основе данных наблюдений), идея состоит в том, что это может дать, например, более точное моделирование осадков для Европы.

Однако он добавляет, что при использовании поправок на поток есть потенциальные подводные камни:

«Обратной стороной таких подходов является то, что в модели присутствует искусственная сила, которая тянет модель к наблюдениям, и такая сила может даже ослабить моделируемое изменение климата».

Другими словами, если модель не производит достаточного количества осадков в Европе, это может быть по причинам, не связанным с Северной Атлантикой, - объясняет Мараун. Например, это может быть связано с тем, что смоделированные следы шторма посылают ливни не в тот регион.

Это подтверждает тот момент, что ученые должны быть осторожны, чтобы не применять коррекцию смещения, не понимая основной причины смещения, заключает Мараун:

«Исследователям климата необходимо приложить гораздо больше усилий, чтобы понять причины систематических ошибок модели, а исследователи, выполняющие коррекцию систематических ошибок, должны включить эту информацию в свои исследования».

В недавней статье о перспективах в Nature Climate Change, Мараун и его соавторы утверждают, что «текущие методы коррекции смещения могут улучшить применимость моделирования климата», но они не могут - и не должны - использоваться для преодоления более значительных ограничений с помощью климатические модели.

К началу

Насколько точны прогнозы температуры климатической моделью?

Одним из наиболее важных результатов климатических моделей является проекция глобальной приземной температуры.

Чтобы оценить, насколько хорошо работают их модели, ученые сравнивают наблюдения за климатом Земли с прогнозами будущей температуры моделей и историческими «ретроспективными прогнозами». Затем ученые могут оценить точность прогнозов температуры, посмотрев, как отдельные климатические модели и среднее значение всех моделей сравниваются с наблюдаемым потеплением.

Исторические изменения температуры с конца 1800-х годов обусловлены рядом факторов, в том числе увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере, аэрозолями, изменениями солнечной активности, извержениями вулканов и изменениями в землепользовании. Естественная изменчивость также играет роль в более короткие сроки.

Если модели хорошо фиксируют реакцию климата в прошлом, исследователи могут быть более уверены в том, что они будут точно реагировать на изменения тех же факторов в будущем.

Carbon Brief более подробно исследует, как климатические модели сравниваются с наблюдениями, в недавнем аналитическом материале, рассматривая, как прогнозы приземной температуры в климатических моделях с 1970-х годов совпадают с реальностью.

Модельные оценки атмосферных температур немного теплее, чем наблюдения, в то время как модели теплосодержания океана достаточно хорошо соответствуют нашим лучшим оценкам наблюдаемых изменений.

Сравнение моделей и наблюдений может быть довольно сложной задачей.Наиболее часто используемые значения из климатических моделей относятся к температуре воздуха чуть выше поверхности. Однако наблюдаемые температурные рекорды представляют собой комбинацию температуры воздуха над поверхностью земли и температуры поверхностных вод океана.

Сравнение глобальной температуры воздуха из моделей с комбинацией температур воздуха и температуры поверхности моря в наблюдениях может создать проблемы. Чтобы учесть это, исследователи создали то, что они называют «смешанными полями» из климатических моделей, которые включают температуру поверхности океана в океанах и температуру приземного воздуха над сушей, чтобы соответствовать тому, что фактически измеряется в наблюдениях.

Эти смешанные поля из моделей показывают немного меньшее потепление, чем глобальная температура приземного воздуха, поскольку в последние годы воздух над океаном нагревается быстрее, чем температура поверхности моря.

На приведенном ниже рисунке

Carbon Brief показано как среднее значение температуры воздуха для всех моделей CMIP5 (пунктирная черная линия), так и среднее значение смешанных полей для всех моделей CMIP5 (сплошная черная линия). Серая область показывает неопределенность результатов модели, известную как 95% доверительный интервал. Отдельные цветные линии представляют различные оценки температуры, полученные в результате наблюдений, от таких групп, как Метеорологический центр Хэдли-центра, NOAA и NASA.

Среднее значение смешанной модели суши и океана RCP4.5 CMIP5 (черным цветом), модельный диапазон двух сигм (серым цветом) и данные наблюдений о температуре от NASA, NOAA, HadCRUT, Cowtan and Way и Земли Беркли с 1970 по 2020 год. линия показывает исходное (несмешанное) многомодельное среднее CMIP5. Предварительное значение на 2017 год основано на температурных аномалиях до конца августа. Диаграмма от Carbon Brief с использованием Highcharts.

Смешанные поля из моделей в целом достаточно хорошо соответствуют потеплению, наблюдаемому в наблюдениях, в то время как температуры воздуха из моделей показывают немного большее потепление, поскольку они включают в себя температуру воздуха над океаном, а не самой поверхности моря.Все наблюдения находятся в пределах 95% доверительного интервала прогонов моделей, что позволяет предположить, что модели хорошо отражают краткосрочную естественную изменчивость, вызванную Эль-Ниньо и другими факторами.

Более длительный период прогнозов модели с 1880 по 2100 год показан на рисунке ниже. Он показывает как долгосрочное потепление с конца 19-го века, так и прогнозы будущего потепления в рамках сценария относительно быстрого сокращения выбросов (так называемого «RCP4.5») с глобальными температурами, достигающими около 2.На 5C выше доиндустриальных уровней к 2100 году (и примерно на 2C выше базового уровня 1970-2000 годов, показанного на рисунке).

То же, что и предыдущий рисунок, но с 1880 по 2100 год. В прогнозах до 2100 года используется RCP4.5. Обратите внимание, что этот и предыдущий графики используют базовый период 1970–2000 годов. Диаграмма от Carbon Brief с использованием Highcharts.

Проекции климата с середины 1800-х годов довольно хорошо согласуются с наблюдениями. Есть несколько периодов, например, начало 1900-х годов, когда Земля была немного холоднее, чем прогнозировалось моделями, или 1940-е годы, когда наблюдения были немного теплее.

В целом, однако, четкое соответствие между смоделированными и наблюдаемыми температурами повышает уверенность ученых в том, что модели точно отражают как факторы, вызывающие изменение климата, так и уровень краткосрочной естественной изменчивости климата Земли.

Что касается периода с 1998 года, когда наблюдения были немного ниже, чем прогнозы модели, недавняя статья в Nature исследует причины, почему это произошло.

Исследователи обнаружили, что некоторые различия устраняются за счет использования смешанных полей из моделей.Они предполагают, что остальная часть расхождения может быть объяснена сочетанием краткосрочной естественной изменчивости (в основном в Тихом океане), небольших вулканов и более низкой, чем ожидалось, солнечной мощности, которая не была включена в модели после 2005 года. прогнозы.

Глобальная средняя температура поверхности - лишь одна из многих переменных, включенных в климатические модели, и модели можно оценивать по многим другим климатическим показателям. Например, существуют определенные «отпечатки пальцев» человеческого потепления в нижних слоях атмосферы, которые видны как в моделях, так и в наблюдениях.

Прогнозы модели были проверены по наблюдениям за температурой на поверхности, в океанах и атмосфере, с историческими данными о дождях и снегах, с образованием ураганов, протяженностью морского льда и многими другими климатическими переменными.

Как правило, модели

хорошо справляются с сопоставлением наблюдений в глобальном масштабе, хотя некоторые переменные, такие как осадки, труднее получить на региональном уровне.

К началу

Каковы основные ограничения в моделировании климата на данный момент?

Стоит повторить, что климатические модели не являются идеальным представлением климата Земли - и не могут быть таковыми.Поскольку климат по своей природе хаотичен, невозможно моделировать со 100% точностью, но модели довольно хорошо справляются с задачей получения правильного климата.

Точность прогнозов, сделанных моделями, также зависит от качества входящих в них прогнозов. Например, ученые не знают, упадут ли выбросы парниковых газов, и поэтому делают оценки, основанные на различных сценариях будущего социально-экономического развития. Это добавляет еще один уровень неопределенности к климатическим прогнозам.

Точно так же есть аспекты будущего, которые были бы настолько редкими в истории Земли, что их чрезвычайно сложно спрогнозировать. Одним из примеров является то, что ледяные щиты могут дестабилизироваться по мере их таяния, ускоряя ожидаемое повышение уровня мирового океана.

Тем не менее, несмотря на то, что модели становятся все более сложными и изощренными, в климатической системе все еще есть аспекты, которые они пытаются уловить так хорошо, как хотелось бы ученым.

Облака

Одно из основных ограничений климатических моделей - насколько хорошо они представляют облака.

Облака - постоянная заноза для климатологов. Они покрывают около двух третей Земли одновременно, но отдельные облака могут образовываться и исчезать в течение нескольких минут; они могут как согревать, так и охлаждать планету, в зависимости от типа облаков и времени суток; а у ученых нет записей о том, какими были облака в далеком прошлом, что затрудняет определение того, изменились ли они и как.

Конкретный аспект трудностей моделирования облаков сводится к конвекции.Это процесс, при котором теплый воздух у поверхности Земли поднимается через атмосферу, охлаждается, а затем содержащаяся в нем влага конденсируется с образованием облаков.

В жаркие дни воздух быстро нагревается, что вызывает конвекцию. Это может вызвать интенсивные кратковременные дожди, часто сопровождаемые громом и молнией.

Конвекционные дожди могут выпадать в короткие сроки и в очень определенных областях. Следовательно, глобальные климатические модели имеют слишком грубое разрешение, чтобы фиксировать эти выпадения осадков.

Вместо этого ученые используют «параметризации» (см. Выше), которые представляют средние эффекты конвекции по отдельной ячейке сетки. Это означает, что GCM не моделируют отдельные штормы и местные сильные ливни, объясняет д-р Лиззи Кендон, старший научный сотрудник метеорологического бюро Hadley Center, для Carbon Brief:

«Как следствие, GCM не могут фиксировать интенсивность осадков в субсуточных временных масштабах и экстремальные значения осадков в летнее время. Таким образом, у нас будет низкая уверенность в будущих прогнозах почасовых осадков или экстремальных конвективных явлений на основе МОК или РКМ грубого разрешения.”

(Позднее на этой неделе Carbon Brief опубликует статью, в которой исследуются прогнозы осадков с помощью климатической модели).

Чтобы помочь решить эту проблему, ученые разработали климатические модели с очень высоким разрешением. Они имеют ячейки сетки шириной несколько километров, а не десятки километров. Эти «разрешающие конвективные» модели могут моделировать более крупные конвективные бури без необходимости параметризации.

Однако недостатком большей детализации является то, что модели еще не могут охватывать весь земной шар.Несмотря на меньшую площадь и использование суперкомпьютеров, эти модели по-прежнему требуют очень много времени для запуска, особенно если ученые хотят запустить множество вариаций модели, известных как «ансамбль».

Например, моделирование, которое является частью проекта «Будущий климат для Африки» IMPALA («Улучшение модельных процессов для климата Африки»), использует модели, допускающие конвекцию, охватывающие всю Африку, но только для одного члена ансамбля, - говорит Кендон. Точно так же следующий набор климатических прогнозов Великобритании, который должен быть опубликован в следующем году («UKCP18»), будет проводиться для 10 членов ансамбля, но только для Великобритании.

Но до распространения этих моделей, разрешающих конвекцию, в глобальном масштабе еще далеко, отмечает Кендон:

«Вероятно, пройдет много лет, прежде чем мы сможем позволить себе [вычислительную мощность], позволяющую моделировать глобальный климат с учетом конвекции, особенно для нескольких членов ансамбля».

Двойной ITCZ ​​

С проблемой облаков в глобальных моделях связана проблема «двойного ITCZ». Зона межтропической конвергенции, или ITCZ, представляет собой огромный пояс низкого давления, который окружает Землю около экватора.Он определяет годовое количество осадков в большей части тропиков, что делает его чрезвычайно важным элементом климата для миллиардов людей.

Иллюстрация зоны межтропической конвергенции (ITCZ) и основных моделей глобальной циркуляции в атмосфере Земли. Источник: Creative Commons

ITCZ ​​каждый год путешествует на север и юг по тропикам, примерно отслеживая положение солнца в зависимости от времени года. Глобальные климатические модели воссоздают ITCZ ​​в своих симуляциях, которые возникают в результате взаимодействия между отдельными физическими процессами, закодированными в модели.Однако, как объясняется в статье Journal of Climate, подготовленной учеными Калифорнийского технологического института в США, есть некоторые области, в которых климатические модели не могут правильно представить положение ITCZ:

«[В восточной части Тихого океана] ITCZ ​​большую часть года располагается к северу от экватора, изгибаясь на несколько градусов широты вокруг [линии] шести [градуса широты]. Однако на короткий период весной он разделяется на две ITCZ, расположенные по обе стороны экватора. Текущие климатические модели преувеличивают это разделение на два ITCZ, что приводит к хорошо известному сдвигу моделей в два ITCZ.”

Большинство GCM демонстрируют некоторую степень проблемы двойного ITCZ, которая заставляет их моделировать слишком много осадков над большей частью тропиков южного полушария, а иногда и недостаточное количество осадков над экваториальной частью Тихого океана.

Двойной ITCZ ​​«является, пожалуй, наиболее значительным и наиболее устойчивым отклонением в современных климатических моделях», - говорит д-р Баоцян Сян, главный научный сотрудник Лаборатории геофизической гидродинамики Национального управления океанических и атмосферных исследований США.

Основным следствием этого является то, что разработчики моделей не верят в прогнозы того, как ITCZ ​​может измениться по мере потепления климата.Но есть и детонационные удары, - сказал Сян в интервью Carbon Brief:

.

«Например, большинство современных климатических моделей предсказывают ослабление пассата вместе с замедлением циркуляции Уокера. Существование двойной проблемы ITCZ ​​может привести к недооценке этого ослабленного пассата ».

(Пассаты - это почти постоянные восточные ветры, которые кружат вокруг Земли по обе стороны от экватора.)

Кроме того, исследование 2015 года, опубликованное в Geophysical Research Letters, предполагает, что, поскольку двойная ITCZ ​​влияет на обратную связь облаков и водяного пара в моделях, она, следовательно, играет роль в чувствительности климата.

Глоссарий

Чувствительность климата: Степень потепления, которую мы можем ожидать, когда уровень углекислого газа в атмосфере удвоится по сравнению с тем, что было до промышленной революции. Есть два способа выразить чувствительность климата: временная реакция климата (TCR) - это потепление на поверхности Земли, которое мы можем ожидать в точке удвоения, а равновесная чувствительность климата (ECS) - это общая сумма потепления, когда Земля успела полностью приспособиться к дополнительному углекислому газу.

Чувствительность климата: Степень потепления, которую мы можем ожидать, когда уровень углекислого газа в атмосфере удвоится по сравнению с тем, что было до промышленной революции. Есть два способа выразить чувствительность климата: Переходный климат… Подробнее

Они обнаружили, что модели с сильным двойным ITCZ ​​имеют более низкое значение равновесной чувствительности климата (ECS), что указывает на то, что «большинство моделей могли недооценивать ECS». Если модели недооценивают ECS, климат будет более теплым в ответ на антропогенные выбросы, чем предполагают их текущие прогнозы.

Причины двойного ITCZ ​​в моделях сложны, сказал Сян в интервью Carbon Brief, и они стали предметом многочисленных исследований. По словам Сян, вероятно, есть ряд факторов, в том числе способ параметризации конвекции в моделях.

Например, в документе Proceedings of the National Academy of Sciences в 2012 году было высказано предположение, что проблема связана с тем, что большинство моделей не создают достаточно плотных облаков над «часто облачным Южным океаном», что приводит к более высоким, чем обычно, температурам в Южном полушарии. в целом, а также смещение тропических осадков к югу.

Что касается вопроса о том, когда ученые могут решить эту проблему, Сян говорит, что на него сложно ответить:

«С моей точки зрения, я думаю, что мы не сможем полностью решить этот вопрос в ближайшее десятилетие. Однако мы добились значительного прогресса в улучшении понимания физики модели, увеличении разрешения модели и более надежных наблюдениях ».

Реактивные потоки

Наконец, еще одна распространенная проблема в моделях климата - это положение струйных течений в моделях климата.Реактивные потоки - это извилистые реки скоростных ветров, текущих высоко в атмосфере. Они могут направлять погодные системы с запада на восток через Землю.

Как и в случае с ITCZ, климатические модели воссоздают струйные течения в результате фундаментальных физических уравнений, содержащихся в их коде.

Однако струйные течения в моделях часто кажутся слишком «зональными» - другими словами, они слишком сильные и слишком прямые, - объясняет д-р Тим Вуллингс, преподаватель физики климата в Оксфордском университете и бывший руководитель объединения. Метеорологическая служба - Группа оценки процессов университетов для блокирования и штормовых путей.Он сообщает Carbon Brief:

.

«В реальном мире реактивный самолет немного поворачивает на север, пересекая Атлантический океан (и немного Тихий океан). Поскольку модели недооценивают это, джет в среднем часто находится слишком далеко от экватора ».

В результате, модели не всегда точно соответствуют траекториям погодных условий с низким давлением, известных как «следы шторма». По словам Вуллингса, штормы в моделях часто бывают слишком вялыми, они не становятся достаточно сильными и стихают слишком быстро.

Есть способы улучшить это, говорит Вуллингс, но некоторые из них более просты, чем другие.В целом, по словам Вуллингса, может помочь увеличение разрешения модели:

«Например, когда мы увеличиваем разрешение, вершины гор становятся немного выше, и это способствует отклонению струи немного на север. Бывают и более сложные вещи; если мы сможем улучшить, более активные штормы в модели, это может оказать влияние на реактивный поток, который частично вызван штормами ».

(Горные вершины становятся выше по мере увеличения разрешения модели, потому что большая детализация позволяет модели «видеть» больше горы, когда она сужается к вершине.)

Другой вариант - улучшить то, как модель представляет физику атмосферы в ее уравнениях, добавляет Вуллингс, используя «новые умные схемы [для аппроксимации] механики жидкости в компьютерном коде».

К началу

Каков процесс улучшения моделей?

Процесс разработки климатической модели - это долгосрочная задача, которая не заканчивается после публикации модели. Большинство центров моделирования будут обновлять и улучшать свои модели в непрерывном цикле, при этом в процессе разработки ученые потратят несколько лет на создание следующей версии своих моделей.

Модельер климата за работой в Метеорологическом бюро, Эксетер, Великобритания. Предоставлено: Метеорологическое бюро.

После того, как будет готова, новая версия модели, включающая все улучшения, может быть выпущена, говорит доктор Крис Джонс из метеорологического бюро Hadley Center:

«Это немного похоже на то, как автомобильные компании строят следующую модель конкретного автомобиля, так что они делали одну и ту же в течение многих лет, но затем внезапно выходит новая, которую они разрабатывали. То же самое мы делаем и с нашими климатическими моделями ».

В начале каждого цикла климат, воспроизводимый моделью, сравнивается с рядом наблюдений, чтобы выявить самые большие проблемы, - объясняет д-р Тим Вуллингс.Он сообщает Carbon Brief:

.

«После того, как они выявляются, внимание обычно переключается на оценку физических процессов, которые, как известно, влияют на эти области, и предпринимаются попытки улучшить представление этих процессов [в модели]».

Как это делается, варьируется от случая к случаю, говорит Вуллингс, но, как правило, в итоге получается новый улучшенный код:

«Это могут быть целые строки кода для обработки процесса немного по-другому, или иногда это может быть просто изменение существующего параметра на лучшее значение.Это может быть мотивировано новыми исследованиями или опытом других [центров моделирования] ».

Иногда в ходе этого процесса ученые обнаруживают, что одни проблемы компенсируют другие, добавляет он:

«Например, процесс A оказался слишком сильным, но, похоже, это компенсировалось тем, что процесс B был слишком слабым. В этих случаях процесс A обычно фиксируется, даже если он ухудшает модель в краткосрочной перспективе. Затем внимание переключается на исправление процесса B. В конце концов, модель лучше отражает физику обоих процессов, и в целом мы получаем лучшую модель.”

В Центре Хэдли метеостанции в процессе разработки участвуют несколько групп, или «групп оценки процесса», которые стремятся улучшить другой элемент модели, объясняет Вуллингс:

«Группы оценки процесса - это, по сути, рабочие группы, которые следят за определенными аспектами модели. Они отслеживают систематические ошибки в своей области по мере развития модели и тестируют новые методы их уменьшения. Эти группы регулярно встречаются для обсуждения своей области и часто состоят из представителей академического сообщества, а также ученых из Метеорологического бюро.

Усовершенствования, над которыми работает каждая группа, затем объединяются в новую модель. После завершения модель можно начинать всерьез, говорит Джонс:

«В конце двух- или трехлетнего процесса у нас есть модель нового поколения, которая, по нашему мнению, лучше, чем предыдущая, и затем мы можем начать использовать ее, чтобы вернуться к научным вопросам, которые мы Я уже смотрел на них раньше, чтобы узнать, сможем ли мы ответить на них лучше ».

К началу

Как ученые производят информацию о климатических моделях для конкретных регионов?

Одним из основных ограничений глобальных климатических моделей является то, что ячейки сетки, из которых они состоят, обычно составляют около 100 км по долготе и широте в средних широтах.Если учесть, что, например, Великобритания имеет ширину немногим более 400 км, это означает, что она представлена ​​в GCM в виде нескольких квадратов сетки.

Такое грубое разрешение означает, что GCM упускают из виду географические особенности, характеризующие конкретное местоположение. Некоторые островные государства настолько малы, что GCM может рассматривать их просто как клочок океана, отмечает профессор Майкл Тейлор, старший преподаватель Вест-Индского университета и ведущий автор-координатор специального доклада IPCC по 1.5С. Он сообщает Carbon Brief:

.

«Если вы думаете о восточных Карибских островах, один восточный Карибский остров попадает в квадратную сетку, поэтому в этих глобальных климатических моделях он представлен как вода».

«Даже большие Карибские острова представлены в виде одного или, максимум, двух квадратов сетки - так что вы получаете информацию только для одного или двух квадратов сетки - это создает ограничение для малых островов Карибского региона и малых островов в целом. И поэтому вы не получите точную, более точную информацию в масштабе страны для малых островов.”

Ученые преодолевают эту проблему, «уменьшая» глобальную климатическую информацию до местного или регионального масштаба. По сути, это означает использование информации, полученной с помощью GCM или крупномасштабных наблюдений, и ее применение к определенному месту или региону.

Тобаго-Кейс и остров Мейро, Сент-Винсент и Гренадины. Предоставлено: robertharding / Alamy Stock Photo.

Для малых островных государств этот процесс позволяет ученым получать полезные данные для определенных островов или даже областей внутри островов, - объясняет Тейлор:

«Весь процесс масштабирования - это попытка взять информацию, которую вы можете получить в крупном масштабе, и каким-то образом связать ее с местным масштабом, или масштабом острова, или даже масштабом субостровов.”

Есть две основные категории методов уменьшения масштаба. Первый - «динамическое масштабирование». По сути, это запущенные модели, похожие на GCM, но для определенных регионов. Поскольку эти региональные климатические модели (РКМ) охватывают меньшую территорию, они могут иметь более высокое разрешение, чем ГКМ, и при этом работать в разумные сроки. Тем не менее, отмечает доктор Данн Митчелл, преподаватель Школы географических наук Бристольского университета, RCM могут работать медленнее, чем их глобальные аналоги:

«Для работы RCM с ячейками сетки 25 км, покрывающей Европу, потребуется примерно в 5-10 раз больше времени, чем для GCM с разрешением ~ 150 км.”

«Прогнозы климата Великобритании на 2009 год» (UKCP09), например, представляют собой набор климатических прогнозов специально для Великобритании, созданных на основе региональной климатической модели - модели HadRM3 Центра Хэдли Метеорологического бюро.

HadRM3 использует ячейки сетки размером 25 км на 25 км, тем самым разделяя Великобританию на 440 квадратов. Это было улучшением по сравнению с предшественником UKCP09 («UKCIP02»), который давал проекции с пространственным разрешением 50 км. На приведенной ниже карте показано, как более детализировано сетка 25 км (шесть карт справа), чем сетка 50 км (две карты слева),

RCM

, такие как HadRM3, могут лучше, хотя и в ограниченном масштабе, представить местные факторы, такие как влияние озер, горных хребтов и морского бриза.

Сравнение изменений средней сезонной температуры, зимы (вверху) и лета (внизу), к 2080-м годам в соответствии со сценариями высоких выбросов, из UKCIP02 (крайние левые панели) и по прогнозам UKCP09 на трех уровнях вероятности (10, 50 и 90%). ). Более темный красный оттенок показывает большее потепление. © Климатические прогнозы Великобритании, 2009 г.

Несмотря на то, что RCM ограничены определенной территорией, они все же должны учитывать более широкий климат, который на нее влияет. Ученые делают это, используя информацию из GCM или наблюдений.Тейлор объясняет, как это применимо к его исследованиям в Карибском бассейне:

«Для динамического масштабирования вы сначала должны определить область, в которой вы собираетесь запустить модель - в нашем случае мы определяем своего рода домен Карибского региона / внутри Америки - поэтому мы ограничиваем моделирование этой областью. Но, конечно, вы вводите в границы этой области результаты крупномасштабных моделей, так что именно информация крупномасштабной модели управляет затем более мелкомасштабной моделью. И это динамическое масштабирование - вы, по сути, делаете моделирование в более мелком масштабе, но в ограниченной области, получая информацию на границах.”

Также возможно «вкладывать» или встраивать RCM в GCM, что означает, что ученые могут запускать более одной модели одновременно и одновременно получать несколько уровней вывода.

Вторая основная категория масштабирования - «статистическое масштабирование». Это предполагает использование данных наблюдений для установления статистической взаимосвязи между глобальным и местным климатом. Используя это соотношение, ученые затем выводят локальные изменения на основе крупномасштабных прогнозов, полученных с помощью GCM или наблюдений.

Одним из примеров статистического уменьшения масштаба является погодный генератор. Генератор погоды создает синтетические временные ряды ежедневных и / или ежечасных данных для определенного местоположения. Он использует комбинацию наблюдаемых местных метеорологических данных и прогнозов будущего климата, чтобы дать представление о том, какими могут быть будущие погодные условия в краткосрочной перспективе. (Генераторы погоды также могут создавать временные ряды погоды в текущем климате.)

Его можно использовать в целях планирования - например, при оценке риска наводнений для моделирования того, выдержат ли существующие средства защиты от наводнений с вероятными будущими уровнями сильных дождей.

В целом, эти статистические модели можно запускать быстро, что позволяет ученым проводить множество симуляций за время, необходимое для выполнения одного прогона GCM.

Стоит отметить, что уменьшенная информация по-прежнему сильно зависит от качества информации, на которой она основана, такой как наблюдаемые данные или вводимые данные GCM. Уменьшение масштаба предоставляет только больше данных, зависящих от местоположения, оно не компенсирует любые неопределенности, связанные с данными, на которые он опирается.

Статистическое масштабирование, в частности, зависит от данных наблюдений, используемых для получения статистической взаимосвязи.«Даунскейлинг» также предполагает, что отношения в текущем климате сохранятся и в более теплом мире, отмечает Митчелл. Он сообщает Carbon Brief:

.

«[Статистическое масштабирование] может быть подходящим для хорошо наблюдаемых периодов времени или хорошо наблюдаемых мест, представляющих интерес, но в целом, если вы слишком далеко продвинете локальную систему, статистическая взаимосвязь нарушится. По этой причине статистическое масштабирование плохо ограничивается для будущих климатических прогнозов ».

По словам Митчелла, динамическое масштабирование более надежно, но только в том случае, если RCM хорошо улавливает соответствующие процессы и данные, управляющие ими, надежны:

«Часто для моделирования климата реализация погодных и климатических процессов в динамической модели не слишком отличается от более грубой глобальной модели движения, поэтому динамическое масштабирование обеспечивает лишь ограниченную возможность улучшения данных.Однако, если все сделано правильно, динамическое масштабирование может быть полезно для локального понимания погоды и климата, но оно требует огромного количества валидации модели и в некоторых случаях разработки модели для представления процессов, которые могут быть отражены в новых более точных масштабах ».

К началу

Обновлено 15 января 2018 г., чтобы уточнить, что приз в один миллион долларов за решение уравнений NS предназначен для доказательства существования решения при любых обстоятельствах, и что квадраты сетки сходятся только к полюсам, когда сетка основана на широте и долгота.

Carbon Brief благодарит всех ученых, которые помогли в подготовке этой статьи.

Завтра: интерактивный график основных событий в области моделирования климата за последнее столетие.

Линии публикации из этой истории

Климат против погоды | Национальный центр данных по снегу и льду

В чем разница между погодой и климатом?

Погода - это ежедневное состояние атмосферы и его краткосрочные колебания от минут до недель.Люди обычно думают о погоде как о сочетании температуры, влажности, осадков, облачности, видимости и ветра. Мы говорим об изменениях погоды с точки зрения ближайшего будущего: «Насколько сейчас жарко?» "Как это будет сегодня?" и "Будет ли на этой неделе метель?"

Климат - это погода места, усредненная за период времени, часто 30 лет. Климатическая информация включает в себя статистическую информацию о погоде, которая сообщает нам о нормальной погоде, а также о диапазоне экстремальных погодных условий для определенного места.

Мы говорим об изменении климата через годы, десятилетия, столетия и даже миллионы лет. Ученые изучают климат, чтобы найти тенденции или циклы изменчивости, такие как изменения в ветровом режиме, температуры поверхности океана и осадки над экваториальной частью Тихого океана, которые приводят к Эль-Ниньо и Ла-Нинья, а также для того, чтобы поместить циклы или другие явления в более широкую картину. возможных более долгосрочных или более постоянных изменений климата.

Пример синоптической карты на 28 августа 1980 г.- Предоставлено: М. Серрез и Р. Барри (1988) .

Прогноз погоды и предсказание климата

Синоптики пытаются ответить на такие вопросы, как: Какая будет температура завтра? Будет дождь? Сколько у нас будет дождя? Будет ли гроза? Сегодня большинство прогнозов погоды основано на численных моделях, которые включают наблюдения за атмосферным давлением, температурой, влажностью и ветрами, чтобы дать наилучшую оценку текущих и будущих условий в атмосфере.Затем синоптик смотрит на выходные данные модели, чтобы выяснить наиболее вероятный сценарий. Точность прогнозов погоды зависит как от модели, так и от квалификации синоптика. Краткосрочные прогнозы погоды точны на срок до недели. Долгосрочные прогнозы, например сезонные прогнозы, как правило, используют статистические взаимосвязи между крупномасштабными климатическими сигналами, такими как Эль-Ниньо и Ла-Нинья, и осадками и температурой, чтобы предсказать, какой будет погода через период от одного до шести месяцев.

Прогнозы, созданные искусственным интеллектом, метеорологами или старейшинами коренных народов, часто полагаются на прошлые погодные условия для предсказания будущего, но изменение климата делает прошлое менее эффективным предсказателем будущего.

Климатические прогнозы рассчитаны на гораздо более долгосрочную перспективу. Эти прогнозы пытаются ответить на такие вопросы, как насколько теплее будет Земля через 50–100 лет? Насколько больше будет осадков? Насколько поднимется уровень моря? Прогнозы климата делаются с использованием глобальных климатических моделей. В отличие от моделей прогноза погоды, климатические модели не могут использовать наблюдения, потому что в будущем нет наблюдений.

Арктический климат

Как и в других местах на Земле, погода в Арктике меняется день ото дня, от месяца к месяцу и от места к месту.Но Арктика - уникальное место с точки зрения погоды и климата из-за особых факторов, которые на нее влияют. Солнечный свет, пожалуй, самый важный из этих факторов. За Полярным кругом зимой солнце исчезает, оставляя регион темным и холодным. Какой свет достигает региона зимой, попадает под небольшим углом. Летом солнце светит круглосуточно, неся тепло и свет. В Арктике также происходят частые инверсии. Инверсия происходит, когда холодный воздух оседает близко к земле, а теплый - поверх нее.Инверсии разделяют воздух на два слоя, такие как масло и вода: это имеет тенденцию замедлять ветер у поверхности. Над городами инверсии могут улавливать загрязнители, создавая условия тумана, которые сохраняются до тех пор, пока инверсия не исчезнет.

Фотография инверсионного слоя. - Кредит: Вилли Ангус, .

Ученые разделяют Арктику на два основных типа климата. Возле океана преобладает морской климат. На Аляске, в Исландии, на севере России и в Скандинавии зимы бурные и влажные, со снегом и осадками, достигающими от 60 см (24 дюйма) до 125 см (49 дюймов) ежегодно.Лето в прибрежных районах обычно прохладное и облачное; средняя температура колеблется около 10 градусов по Цельсию (50 градусов по Фаренгейту).

Вдали от побережья внутренние районы арктических земель имеют континентальный климат. Погода более сухая, с меньшим количеством снега зимой и солнечными летними днями. Зимняя погода может быть суровой, с холодными температурами значительно ниже нуля. В некоторых регионах Сибири средняя температура января ниже -40 градусов по Цельсию (-40 градусов по Фаренгейту).Летом долгие солнечные дни оттаивают верхний слой вечной мерзлоты и повышают среднюю температуру выше 10 градусов по Цельсию (50 градусов по Фаренгейту). На некоторых метеостанциях внутри помещений летние температуры выше 30 градусов по Цельсию (86 градусов по Фаренгейту).

Последнее обновление: 4 мая 2020 г.

Классные занятия | Неделя наук о Земле

Немного инженерии 5-8 активность, океаны, скалы, ядро ​​
Модель трех разломов 7-12 активность, динамическая планета
Паста со вкусом 3-8 деятельность, материалы, полезные ископаемые, природные ресурсы
Адаптации пещерных зверей К-12 активность, пещеры, геология, природные процессы, растворные пещеры, NNL, животные, окружающая среда, организмы
Агрегаты Matter 6-9 активность, агрегаты, породы
Анализ ураганов с помощью веб- и настольной ГИС 9-12 активность, погода, ураган, скорость, давление, карта
Вы - мусорщик воды? К-4 активность, вода
Удивительные окаменелости К-8 деятельность, окаменелости, археология, горные породы, палеонтолог
Birdseed Mining 4-12 деятельность, горные породы, материалы, полезные ископаемые, природные ресурсы
Создайте свою собственную метеостанцию ​​ 6-12 активность, погода
Горящие проблемы 5-8 активность, энергия
Углеродные путешествия 5-12 активность, углерод, ископаемое топливо, горные породы, углеродный цикл
Празднуйте пустыню 5-12 деятельность, природа, земля, пейзаж, дикая местность, живая природа
Химия горения 6-8 активность, энергия, окаменелости
Шоколадный рок цикл К-8 активность, горные породы, шоколад, прецессии, осадочные, метаморфические, магматические
Гражданская наука К-12 деятельность, окружающая среда, наблюдение, образование
Ясно как черно-белое 6-10 деятельность, геологическая карта, подземные воды, дальтоник
Климат и температура 5-8 активность, почва, климат, погода
Соедините сферы 5-8 деятельность, земля, атмосфера, биосфера, гидросфера, геосфера, земные системы
Связь с природой 3-8 активность, климат, природа, почва, динамическая планета, живая природа
Консервация в действии 9-12 активность, динамичная планета, рельеф, почва
Конструктивные силы горного строительства 9-12 активность, горы, интернет, большие идеи, тектоника
Cookie Mining 4-12 деятельность, горные породы, материалы, полезные ископаемые, природные ресурсы
Отбор керна 5-12 активность, природные ресурсы, энергия, динамичная планета
Треснувшие плиты и тектоника 5-10 активность, тектоника, плиты, океаны, землетрясение, стихийные бедствия, границы, континенты
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *