19.11.2010Г.Лекция.
Вертикальная
устойчивость атмосферы
Условия для развития вертикальных движений могут быть благоприятными и неблагоприятными. При неодинаковом нагревании различных участков земной поверхности вблизи нее возникают вертикальные потоки воздуха, но в зависимости от физического состояния атмосферы, они могут затухать на небольшой высоте или наоборот распространяться на большую высоту, приобретая большие скорости. Допустим поднимающийся воздух ненасыщенный. У поверхности земли его температура +15,50С. При подъеме ненасыщенного воздуха вертикальный сухоадиабатический градиент температуры равен 10/100м., а фактический вертикальный градиент, полученный по данным радиозондирования, допустим, равен 0,50/100м., тогда фактическая температура на высоте 100м., 200м., 300м., соответственно 14,50, 14,00, 13,50. Если бы объем ненасыщенного воздуха начал подниматься вверх, то его температура была бы равна 14,50, 13,50, 12,50. Как видим на рисунке, только воздух начнет подниматься, он станет холоднее окружающей среды и, как более тяжелый, будет опускаться, т.е. стремиться вниз, занять первоначальное положение. Такое состояние атмосферы, при котором частицы воздуха после некоторого смещения вверх, возвращаются на исходный уровень, называется устойчивым состоянием атмосфер. Конвективные движения в такой атмосфере невозможны.
Возьмем другой случай. Фактический вертикальный температурный градиент больше сухоадиабатического и равен 1,50/100м.. Когда на высотах 100м., 200м., 300м. температура будет соответственно равна 13,50, 12,00, 10,50. Если в этих условиях начнется подъем ненасыщенного сухого воздуха, то температура его будет соответственно равна 14,50, 13,50, 12,50, т.е. температура поднимающегося воздуха будет значительно больше окружающего воздуха и начавшееся восходящее движение воздуха не затухает, а продолжается, т.е. частицы воздуха не возвращаются в первоначальное положение. Такое состояние атмосферы называется неустойчивым. Таким образом, если фактический градиент меньше адиабатического (γФАКТИЧЕСКИЙ<γАДИАБАТИЧЕСКИЙ), то состояние атмосферы устойчиво, если фактический градиент меньше адиабатического (γФАКТИЧЕСКИЙ<γАДИАБАТИЧЕСКИЙ), то состояние атмосферы неустойчивое.
Энергию неустойчивости можно определить по аэрологической диаграмме. Об устойчивости атмосферы можно судить по косвенным признакам: облачность, явления погоды, характер ветра.
Уровень конденсации, уровень конвекции.
Количество водяного пара в поднимающемся воздухе остается постоянным, а температура его понижается, поэтому относительная влажность растет с увеличением высоты и на некотором уровне достигает 100%, т.е. поднимающийся воздух достигает состояния насыщения. Этот уровень называется уровнем конденсации. Высота уровня конденсации находится в прямой зависимости от температуры воздуха у поверхности земли и обратной зависимости от его относительной влажности. Уровень конденсации можно выяснить по аэрологической диаграмме или рассчитать по эмпирическим формулам. При подъеме воздуха выше уровня конденсации происходит конденсация водяного пара и образование облаков. Их нижняя граница на 100 – 200м. выше этого уровня. Если уровень конденсации находится у поверхности земли, то образуется туман. Уровень конденсации в разных воздушных массах, в разные сезоны года располагается на разной высоте. Чем меньше разность между температурой воздуха и температурой точки росы у земли, тем ниже уровень конденсации и меньше высота нижней границы облаков.
Уровень конвекции – это высота, до которой может распространяться восходящий воздушный поток. На уровне конвекции температура поднимающегося воздуха равна температуре окружающего воздуха. Высота уровня конвекции находится в прямой зависимости от начальной температуры поднимающегося воздуха и от фактического вертикального градиента.
Слои инверсии являются уровнями конвекции для восходящих движений воздуха, а также верхней границей болтанки воздушных судов, вызываемой неустойчивым состоянием атмосферы. Уровень конвекции можно определить по аэрологической диаграмме – это точка пересечения кривой стратификации с кривой состояния.