Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Вертикальное распределение температуры




 

В отличие от индивидуальных изменений температуры в массе воздуха существует вертикальное распределение температуры в атмосфере. Температура в атмосферном столбе может распределяться по высоте различным образом. Это распределение не подчиняется никакой простой закономерности.

Представление о распределении температуры относительно высоты дает вертикальный градиент температуры:

DT

-------

DZ , то есть изменение температуры в атмосфере на единицу высоты (обычно на 100м).

В обычном случае температура с увеличением высоты падает. Вертикальный градиент меняется в широких пределах: в нижних 10 км в среднем по 0,6° на 100 м,; в нижних слоях над нагретой поверхностью по 1 ° на 100 м.; в приземном слое – по несколько градусов на 100 м.

Если температура воздуха с увеличением высоты не падает, а растет, такое ее распределение называется инверсией температуры. Происходит это обычно в ночные часы в приземном слое.

 

Если температура воздуха не изменяется с увеличением высоты, то в данном случае вертикальный градиент равен 0, и такое состояние называется изотермией.

На высоте от 10 до 50 км вертикальное распределение температуры является изотермическим или инверсионным.

Вообще, характер распределения температуры воздуха в каком-то слое атмосферы называется термической стратификацией атмосферы, и, в зависимости от вертикального распределения температуры, слой находится в состоянии устойчивого, безразличного или неустойчивого равновесия.

Турбулентность

 

В зависимости от распределения атмосферного давления воздух постепенно перемещается в горизонтальном направлении. Это горизонтальное перемещение масс воздуха называется ветром. Скорость и направление ветра постоянно меняются. Средняя скорость ветра у земной поверхности составляет 5-10 м/сек, но она может достигать и 50 м/сек.

В высоких слоях атмосферы возникают так называемые струйные течения, скорость ветра в которых достигает 100 м/сек и более.

Кроме горизонтального существует и вертикальное перемещение воздуха. По сравнению с горизонтальными вертикальные переносы воздуха обычно малы – доли см в секунду. И только в условиях конвекции вертикальная скорость воздуха достигает нескольких м/сек.

Ветер всегда обладает турбулентностью, то есть отдельные количества воздуха в общем потоке ветра перемещаются не по параллельным путям. В результате возникают многочисленные беспорядочно движущиеся вихри и струи разных размеров. Отдельные количества воздуха, увлекаемые этими вихрями и струями, называются элементами турбулентности. Это не молекулы, а достаточно крупные массы воздуха, линейные размеры которых измеряются в см, м, десятках метров.

Таким образом, на общий перенос воздуха в определенных направлениях и с определенной скоростью налагается система хаотических, беспорядочных движений отдельных элементов турбулентности по сложным переплетающимся траекториям.

Турбулентность возникает вследствие различия скоростей ветра в смежных слоях воздуха. Особенно велика турбулентность в нижних слоях атмосферы. В развитии турбулентности принимает участие гидростатическая сила (Архимедова сила). Отдельные количества воздуха поднимаются вверх, если их температура выше, а плотность меньше, чем температура и плотность окружающего воздуха. Более холодные и более плотные количества воздуха напротив опускаются вниз. Такое перемешивание воздуха происходит тем интенсивнее, чем быстрее температура падает с увеличением высоты.

Выделяют динамическую турбулентность (возникает независимо от температурных условий) и термическую (конвекцию, обусловленную температурой). Как правило, турбулентность имеет комплексную природу.

Турбулентность с преобладанием термических причин может превращаться в упорядоченную конвекцию. В результате вместо мелких турбулентных вихрей начинают преобладать мощные восходящие потоки воздуха со скоростью до 20 м/сек. Такие мощные восходящие потоки воздуха называются термиками.

Наряду с термиками наблюдаются и нисходящие потоки воздуха, менее интенсивные, но захватывающие большую площадь.

С упорядоченной конвекцией связано образование мощных облаков вертикального развития – кучевых и кучево-дождевых (ливневых).

Турбулентный обмен

 

Турбулентность приводит к сильному перемешиванию воздуха, особенно в вертикальном направлении. Это перемешивание в десятки тысяч раз сильнее, чем движение при молекулярной диффузии. Перемешивание воздуха при турбулентности (турбулентная диффузия) приводит к распространению в атмосфере тепла и влаги, особенно их обмену по вертикали. Происходит также выравнивание скоростей по вертикали. В процессе турбулентной диффузии каждая переносимая субстанция распространяется в том направлении, в котором она убывает, то есть в направлении своего вертикального градиента.

 

Условия турбулентного обмена описывают формулой:

 

dS

S = - A ----

dZ , где

 

 

S – вертикальный поток субстанции на единицу площади, то есть количество субстанции, переносимых за единицу времени через единицу площади;

А - коэффициент турбулентного обмена, общий для всех субстанций, зависящий от атмосферных условий и характера земной поверхности;

dS : dZ – вертикальный градиент субстанции, то есть ее изменение на единицу расстояния по вертикали в сторону убывания.

Вопросы к разделу об атмосферном давлении и плотности воздуха:

 

1.В каких единицах выражается атмосферное давление?

2. Отличие плотности влажного воздуха от сухого.

3. Как изменяется плотность воздуха с высотой?

4. Как и почему изменяется атмосферное давление с высотой?

5. Что такое вертикальный градиент давления?

6. Турбулентность и турбулентный обмен.

7.Что такое термики?

14. Адиабатическое состояние атмосферы.

15. Где возникают струйные течения?

 

 

 







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 3695. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия