Iv. Основы термодинамики атмосферы план основные уравнения Адиабатический процесс


Конвекция. Стратификация атмосферы по отношению к



Download 293,32 Kb.
bet4/7
Sana22.02.2022
Hajmi293,32 Kb.
#109575
TuriГлава
1   2   3   4   5   6   7
Bog'liq
Глава 4

4.6. Конвекция. Стратификация атмосферы по отношению к
сухоадиабатическому и влажноадиабатическому движению частицы
воздуха
В общем случае конвекция - это восходящее движение воздушных
масс, которое выражается в образовании беспорядочных струй в виде
«пузырей» или «термиков». По причинам, вызывающим конвекцию,
различают свободную (чисто термическую) конвекцию, порождаемую
действием одних только архимедовых сил, и вынужденную (или дина-
мическую). В реальных условиях земная поверхность неоднородна в
термическом отношении. Поэтому в атмосфере возникает неоднородная
конвекция с более или менее правильным пространственным распределением
конвективных элементов.
Рассмотрим условия возникновения свободной (термической)
конвекции. На вертикально движущуюся воздушную частицу единичного
объема действуют две силы: направленная вниз сила тяжести и направленная
вверх выталкивающая сила Архимеда g . Результирующая этих двух сил g( - )i называется силой плавучести.
Согласно второму закону Ньютона, ускорение этого единичного
объема воздуха будет:
(4.30)
где g - ускорение свободного падения, и соответственно плотности воздушной частицы и окружающего воздуха.
Заменив плотность из уравнения состояния, получим:
(4.31)
Уравнение (4.31) называют уравнением ускорения конвекции.
Если разность (Тie)>0, то ускорение конвекции также положительно и
частица начинает подниматься вверх. В противоположном случае, если
температура частицы меньше температуры окружающего воздуха, то
ускорение конвекции отрицательно и частица движется вниз. Если
температуры частицы и окружающего воздуха одинаковы, то ускорение
отсутствует.
Распределение температуры Тe и других метеорологических величин по
высоте называют стратификацией атмосферы. В общем случае из-за
влияния многочисленных факторов вертикальное распределение
температуры в атмосфере может быть довольно сложным и разнообразным.
Распределение температуры Тe, окружающей частицу воздуха, в
различных слоях характеризуется вертикальным градиентом температуры

Выделим в атмосфере на каком-либо уровне воздушную частицу и
переместим ее вверх или вниз от исходного положения. Очевидно, что для
того, чтобы частица не вносила каких-либо изменений в тепловое состояние
окружающего воздуха, ее необходимо перемещать адиабатически.
Изменение температуры частицы Тi будет характеризоваться величиной
сухоадиабатического градиента . Сравним величины и a для трех
различных случаев распределения температуры по высоте в атмосфере.
а. Градиент > . В атмосфере наблюдается сверхадиабатический
градиент. Будем считать, что на исходном уровне z0, температура частицы равна температуре окружающего воздуха, т.е. Ti0e0. Выводим частицу из состояния равновесия, переместив ее на уровень z2. Здесь температура
частицы будет выше температуры атмосферы: Ti2e2. На этом уровне час-
тица приобретает, в соответствии с (4.31) положительное ускорение (рисунок
10).

Рис. 10. К выводу критериев неустойчивости. 1 - кривая стратификации,
2 - сухая адиабата.
Переместим частицу вниз на уровень z1, где Tie. Частица получит
ускорение, направленное вниз. В обоих вариантах частица получает ускорение в том направлении, в котором получила первоначальный импульс. При этом, чем дальше смещается частица от исходного положения, тем больше ее ускорение и скорость. Такое состояние частицы называют неустойчивым, а стратификация атмосферы при > носит название сухонеустойчивой стратификации.
б. Градиент = . Температура в атмосфере понижается с высотой на
1 0С/100м. В этом случае на всех трех уровнях:
Ti0e0, Ti1e1, Ti2e2.
Следовательно, на каком бы уровне ни располагалась частица, ее
ускорение всегда равно нулю. Такое термическое состояние атмосферы при
= носит название сухобезразличной (или равновесной) стратификации.
в. Градиент < . Температура в атмосфере понижается с высотой
медленнее, чем на 10 0С/100м. В этом случае на уровне z2 выполняется условие
Ti2e2 и частица получает отрицательное ускорение, т.е. будет двигаться к
исходному положению. На уровне z1, напротив, Ti1e1, т.е. частица
приобретает положительное ускорение, возвращаясь в начальное положение.
Таким образом, в этом случае куда бы ни была смещена частица с
исходного уровня, она всегда возвращается в исходное положение после
прекращения воздействия на нее. Стратификация атмосферы при < носит
название сухоустойчивой стратификации.
Выше было выяснено, что влажноадиабатический градиент всегда
меньше сухоадиабатического. По отношению к сухоадиабатическому и
влажноадиабатическому движению, таким образом, возможны следующие
пять видов стратификации атмосферы:
а) - сухо- и влажнонеустойчивая или абсолютно
неустойчивая;
б) - сухобезразличная и влажнонеустойчизая;
в) - сухоустойчивая и влажнонеустойчивая;
г) - сухоустойчивая и влажнобезразличная;
д) - сухо- и влажноустойчивая или абсолютно устойчивая
стратификация.
Рассмотрим распределение потенциальной температуры по высоте
при различных видах стратификации атмосферы. Для этого прологарифми-
руем и возьмем производную по высоте от правой и левой частей формулы
(4.12):
(4.32)
при этом индекс «i» опускаем на том основании, что рассматриваем процесс
в атмосфере. Преобразуем (4.32), используя уравнение статики к виду:
(4.33)
Из формулы (4.33) следует, что при сухоустойчивой стратификации
, при сухобезразличной ( = ) , при
сухоустойчивой ( < )


Download 293,32 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   2   3   4   5   6   7




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish