Iv. Основы термодинамики атмосферы план основные уравнения Адиабатический процесс

4.7. Суточный ход стратификации. Стратификация воздушных масс
Стратификация атмосферы изменяется в течение суток. Над сушей, в
условиях большого суточного хода температуры поверхности почвы
(особенно летом), днем нижние слои воздуха сильно прогреваются от
поверхности почвы и вертикальные градиенты температуры возрастают. В приземном слое они могут стать очень большими, значительно превышая сухоадиабатический градиент. Стратификация атмосферы становится, таким образом, неустойчивой и возникает конвекция.
Как неустойчивость стратификации, так и конвекция особенно велика
около полудня и в первые послеполуденные часы. Поэтому кучевые облака
связанные с конвекцией, имеют максимальное развитие именно после по
лудня. К вечеру стратификация становится устойчивее, а в ночные часы, когда приземный слой воздуха охлаждается от почвы, стратификация может стать даже настолько устойчивой, что развиваются приземные инверсии температуры, т.е. температура воздуха над почвой с высотой не падает, а растет. Понятно, что конвекция в это время суток затихает.
Иными будут условия над морем. Суточный ход температуры на
поверхности моря очень мал. Поэтому существенного дневного увеличения
неустойчивости над морем не будет. Следовательно, не будет и
послеполуденного максимума в развитии конвекции. Напротив, в ночные
часы неустойчивость стратификации над морем несколько возрастает. Это связано с тем, что у поверхности моря температура ночью остается почти такой же, как и днем, а на высотах в свободной атмосфере температура ночью падает вследствие излучения воздуха. Поэтому вертикальные градиенты температуры над морем ночью несколько возрастают, а вместе с ними и явления конвекции над морем имеют тенденцию к усилению.
Разные по своим термическим свойствам типы воздушных масс
различаются по условиям стратификации.
Теплая воздушная масса движется на более холодную подстилающую
поверхность. Она при этом охлаждается снизу. Это охлаждение захватит
прежде всего самые нижние слои воздушной массы и лишь постепенно и в
ослабленном виде будет распространяться вверх. Следовательно,
вертикальные градиенты температуры в нижних слоях воздушной массы
будут уменьшаться. В типичной теплой массе, особенно в зимнее время над
материком, вертикальные градиенты температуры становятся в нижнем
километровом слое равными 0,2-0,4 ⁰С/100м, т.е. меньше влажно-
адиабатических для данных условий. Иными словами, воздушная масса
приобретает в нижних сотнях метров устойчивую стратификацию - не только
сухоустойчивую, но и влажноустойчивую.
Понятно, что при этом конвекция ослабевает и прекращается. Кон-
денсация водяного пара в устойчивой массе будет происходить в форме
туманов и низких слоистых облаков, из которых выпадает морось или зимой
мелкий снег.
Холодная воздушная масса движется на более теплую подстилающую
поверхность и нагревается снизу. Поэтому в холодной воздушной массе
устанавливаются в нескольких нижних километрах большие вертикаль- ные градиенты температуры, превышающие влажноадиаба тические: 0,7-0,6 ⁰С/100 м и более. Это означает, что холодная масса приобретает в этих слоях неустойчивую стратификацию. В такой массе конвекция получает сильное развитие, а конденсация водяного пара происходит в виде кучевых и кучево-дождевых облаков с выпадающими из них ливневыми осадками. Местные воздушные массы зимой, над охлажденной сушей, становятся устойчивыми, а летом, над нагретой почвой, - неустойчивыми. Поэтому зимой над сушей в умеренных широтах преобладают облака слоистых форм, а летом - кучевые облака.