🗊Презентация Воздух и атмосфера

Тема 1 Воздух и атмосфера

СОСТАВ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Уравнение состояния газов Связь между давлением, температурой и плотностью для идеальных газов дается уравнением состояния газов: ρ = р /RT, где р – давление, Т – температура по абсолютной шкале (К), R – газовая постоянная, зависящая от природы газа.

Давление

Температура воздуха

Плотность сухого воздуха

Плотность влажного воздуха Из общего давления воздуха р на долю сухого воздуха приходится давление р — e. Уравнение состояния для сухого воздуха :   Уравнение состояния для водяного пара, находящегося в смеси:       0,623 - отношение плотностей водяного пара и сухого воздуха. Уравнение состояния для влажного воздуха:    

Основное уравнение статики атмосферы

Барическая ступень Быстрые подсчеты, связанные с изменением давления с высотой, можно делать с помощью барической ступени. Напишем основное уравнение статики:  Выражение dz/dp называется барической ступенью (или барометрической ступенью). Барическая ступень — величина, обратная вертикальному барическому градиенту –dp/dz, составляющая, очевидно, прирост высоты, при котором атмосферное давление падает на единицу. Из формулы видно, что барическая ступень обратно пропорциональна величине самого давления и прямо пропорциональна температуре воздуха.

Барическая ступень

Адиабатические изменения состояния в атмосфере

Сухоадиабатические изменения температуры Закон, по которому происходят адиабатические изменения состояния в идеальном газе, с достаточной точностью применим к сухому воздуху, а также к ненасыщенному влажному воздуху. Этот сухоадиабатический закон выражается уравнением сухоадиабатического процесса (уравнением Пуассона): Показатель AR/сp равен 0,286, А — термический эквивалент работы. Для влажного ненасыщенного воздуха вместо температуры Т следует брать виртуальную температуру Тv. Смысл уравнения Пуассона: если давление в массе сухого или ненасыщенного воздуха меняется от р0 в начале процесса до р в конце процесса, то температура в этой массе меняется от Т0 в начале до T в конце процесса; при этом значения температуры и давления связаны написанным выше уравнением.

Сухоадиабатические изменения температуры при вертикальных движениях Восходящий воздух адиабатически охлаждается, нисходящий воздух адиабатически нагревается. Значком, i указано, что температура относится к индивидуальной вертикально движущейся массе воздуха. Знак минус показывает, что при адиабатическом подъеме воздуха температура его падает, а при адиабатическом опускании возрастает. Величина Ag/cp равна 0,98°/100 м. Вывод: при адиабатическом подъеме сухого или ненасыщенного воздуха температура на каждые 100 м подъема падает почти точно на один градус, а при адиабатическом опускании на 100 м температура растет на ту же величину. Величина 1°/100 м называется сухоадиабатическим градиентом Гd.

Влажноадиабатические изменения температуры Уровень конденсации - высота, на которой воздух достигает состояния насыщения. В поднимающемся насыщенном воздухе температура падает по влажноадиабатическому закону (а не по уравнению Пуассона). Она падает тем медленнее, чем больше влагосодержание воздуха в состоянии. Падение температуры в насыщенном воздухе при подъеме его на единицу высоты (100 м) называют влажноадиабатическим градиентом Гs. Влажноадиабатический градиент при низких температурах приближается по величине к сухоадиабатическому. При опускании насыщенного воздуха процесс может происходить по-разному: 1. Если в воздухе нет продуктов конденсации, то воздух, как только температура в нем начнет при опускании расти, сразу станет ненасыщенным. Поэтому воздух, опускаясь, будет нагреваться по сухоадиабатическому закону, т. е. на 1°/100 м. 2. Если же в воздухе есть капельки и кристаллы, то они при опускании и нагревании воздуха будут постепенно испаряться. При этом часть тепла воздушной массы перейдет в скрытую теплоту парообразования, и потому повышение температуры при опуска­нии замедлится. В результате воздух останется насыщенным до тех пор, пока все продукты конденсации не перейдут в газообразное состояние. Температура в нем будет в это время повышаться по влажноадиабатическому закону: не на 1°/100 м, а на меньшую величину — именно на такую, на какую понизилась бы температура в восходящем насыщенном воздухе при тех же значениях температуры и давления.  

Псевдоадиабатический процесс Псевдоадиабатический процесс – необратимый процесс воздушной массы, при котором она вернулась на прежний уровень, под прежнее давление, но не вернулась в исходное состояние: ее конечная температура оказалась более высокой, чем была начальная.

Адиабатная диаграмма Адиабата - кривая, графически представляющая изменения температуры в вертикально движущемся воздухе. Адиабатная диаграмма - график, на который нанесены семейства сухих и влажных адиабат для различных значений температуры и высоты (или давления).

Потенциальная температура  Потенциальная температура - температура, которую воздух получил бы при стандартном давлении (1000 мб): Также, приближенно: Q = T+z, где z — число градусов, равное числу гектометров высоты. При изменении состояния воздуха по сухоадиабатическому закону потенциальная температура воздуха не меняется. Когда начинается конденсация и выделяется скрытая теплота, потенциальная температура возрастает. Сухие адиабаты на адиабатной диаграмме являются изолиниями равной потенциальной температуры воздуха.

Вертикальное распределение температуры Вертикальный градиент температуры –dT/dz - изменение температуры в атмосфере на единицу высоты, обычно на 100 м. Инверсия температуры – рост температуры воздуха с высотой. Изотермия - температура в воздушном слое не меняется с высотой, т. е. вертикальный градиент ее равен нулю. Если молекулярная температура с высотой меняется, то меняется также и потенциальная температура: - если молекулярная температура падает с высотой на 1o/100 м, то потенциальная температура остается с высотой неизменной; - если вертикальный градиент молекулярной температуры меньше 1o/100 м, потенциальная температура с высотой растет, причем растет тем быстрее, чем он меньше; - если вертикальный градиент молекулярной температуры больше 1o/100 м, потенциальная температура с высотой убывает, причем убывает тем быстрее, чем больше градиент молекулярной температуры превышает 1o/100 м.