Potensial turg‘unlik va noturg‘unlik Reja

Potensial turg‘unlik va noturg‘unlik
Reja:
1. Potensial turg’unlik
2. Potensial noturg’unlik

Real sharoitlarda katta hajmli havoning vertikal aralashuvlari kuzatiladi. Bu jarayon havo massasining front sirti bo‘lab yuqorilama harakatida, tog‘ tizmasidan oshib o‘tishida va boshqa hollarda sodir bo‘ladi. Bunday harakatlarda aralashish yuz berayotgan havo qatlami nisbiy namligining vergikal taqsimotiga bog‘liq holda nam havoning stratifikatsiyasi sezilarli o‘zgarishi mumkin. Ikki holni ko‘rib chiqamiz. Birinchi holda havo qatlamining ko‘tarilishgacha bo‘lgan stratifikatsiyasi mutlaqo noturg‘un.

Qatlamning quyi qismidagi nisbiy namlik (TA) uning yuqori chegarasidagi (Tv)ga nisbatan ancha katta. SHuning uchun A zarracha kondensatsiya sathi (TA )ga tez erishadi va undan yuqorida nam adiabata bo‘ylab ko‘tarilib, sekin-asta sovib boradi. V zarracha kondensatsiya sathiga (Tv ) erishguncha vertikal bo‘ylab uzunroq yo‘lni bosib o‘tadi. A'V' chizig‘i bilan xarakterlanuvchi katlam stratifikatsiyasi endi nam noturg‘un bo‘ladi. Ikkinchi holda qatlamning boshlang‘ich stratifikatsiyasi avvalgi holdagi kabi mutlaqo turg‘un (12-rasm). Biroq nisbiy namlik balandlik bo‘yicha ortib boradi. Havo qatlamining ko‘tarilishida }shing quyidagi qismi (TA ) yuqorisidagiga nisbatan (Tv ) kondensatsiya sathiga ancha erta erishadi. SHunday qilib, adiabatik ko‘tarilishda qatlam stratifkatsiyasi yanada turg‘unlashadi. ikkinchi holda - potensial turgun deb ataladi. Birinchi hol havo massasining tog‘ tizmasining shamolga qaragan sirti bo‘ylab ko‘tarilishida kuzatilishi mumkin. Startifikatsiyaning o‘zgarishi konvektiv harakatlarga olib kelib, konvektiv bulutlar shayushanishi mumkin. Ho‘llangan termometrning harorat ko‘rsatkichi (v') potenitsal noturg‘unlik yoki turg‘unlik mezoni bo‘lib xizmat qiladi. Ag‘ar bu harorat quyi satxda yuqori satxdagiga nisbatan kichik, ya’ni
bo‘lsa, bu hol havo massasining potensial zurg‘unligiga mos keladi. Aksincha, ya’ni bo‘lganida, potensial noturg‘unlik kuzatiladi. Tenglamaga muvofiq, havo zarrasining tezlanishi zarra va uning atrofidagi havo zichliklarining farqiga bog‘liq. Avvalgi barcha tenglamalarda namlikning havo zarrasining zichligiga ta’siri hisobga olinmagan edi. Ko‘pchilik hollarda bu ta’sir sezilarsiz bo‘ladi. Biroq etarlicha katta harorat va nisbiy namliqsa namlikning ta’sirini hisobga olish va bu bobda keltirilgan barcha munosabatlarda T kinetik haroratni T0 virtual haroratga almashtirish kerak. Haroratning vertikal gradienti u virtual haroratning vertikal gradienti u0 ga almashgiriladi:
Quruq adiabatik gradient zarra virtual haroratining gradienti bilan almashtiriladi:
ua = ~ ~ = (1 + 0,6085>, -0,6087] ^ . (4.35)
Namlikning zichlikka ta’siri hisobga olinganda atmosferaning turg‘unlik mezonlari quyidagicha bo‘ladi:
U i < U i , , U i = U i , . U i > G ,YA
Noturgunlik energiyasi. Termodnnamik grafiklar Zarra atrofdagi havo haroratidan farqli haroratga ega bo‘lganda har bir sathda unga suzuvchanlik kuchi ta’sir qiladi. Buning natijasida birlik massali havo zarrasini vertikal bo‘yicha elemengar s1g masofaga ko‘chirish uchun ish bajariladi.
ni hisobga olsak, bu ish quyidagiga teng:
Statikaning asosiy tenglamasi va quruq havo uchun holat genglamasini hisobga olsak, quyidagini hosil qilamiz:
Noturg‘un stratifikatsiya holida (Tg Te)> 0 yoki u>ua va noturg‘unlik energiyasi musbat. Agar T,Meteorologik kuzatishlar va atmosferani zondlashnatijalarini taxdil qilishda termodinamik grafiklar deb ataluvchi aerologik diagrammapad keng qo‘llaniladi.
To‘g‘ri to‘rtburchak shaklidagi diagramma blankining abssissalar o‘qi bo‘ylab harorat (1°S), ordinatalar o‘qi bo‘ylab logarifmik shkaladagi bosim (1§R) joylanadi. Blankda shuningdek atmosfera holatini taxdil qilish uchun kerak bo‘lgan quyidagi egri chiziqlar oilalari tushirilgan:
- izotermalar - ordinata o‘qiga parallel to‘gri chizikdar (-80 dan 40° haroratgacha 1°S oraliqsa o‘tkazilgan);
- izobaralar - abssissa o‘qiga parallel to‘g‘ri chizikdar (bosimning 1050 dan 10 gPa qiymatigacha 10 gPa oralikda o‘tkazilgan);
- kuruq adiabatalar - quruq yoki to‘yinmagan nam zarraning holat egri chizikdari;
- nam adiabatalar - to‘yingan nam havoning holat egri chiziqlari;
- izogrammalar - to‘yinish holatidagi suv bug‘i massa ulushining teng qiymatlari egri chiziqlari;
- qatlamning berilgan o‘rtacha haroratida asosiy izobarik sirtlar orasidagi masofa (gp.m da);
- to‘yinish holatidagi virtual qo‘shimchalar.
To‘g‘ri to‘rtburchak blanklar bilan bir qatorda amaliyotda aerologik diagrammalarning og‘ma burchakli blanklari ham qo‘llaniladi. Unda izotermalar og‘ma to‘g‘ri chiziqlardan tashkil topadi.
Aerologik diagrammalar yordamida atmosfera holatining quyidagi xarakteristikalarini hisoblash mumkin:
- termodinamik haroratlar (potensial, psevdopotensial va boshqalar);
- kondensatsiya sathi;
- noturg‘unlik energiyasi va boshqalar.
Katta og‘ish burchakli uzluksiz chiziqlar - quruq adiabatalar, kichik og‘ish burchakli chiziqlar - nam adiabatalar, punktir chiziqlar - to‘yinish holatidagi suv bug‘i massa ulushining izochiziqlari.
Asosiy xulosalar
1. Energiya aylanishi va issiqlik uzatilishi tasirida atmosfera holati o‘zgarishinining asosiy qonuniyatlari termodinamikaning birinchi qonuni bilan tavsiflanadi va u atmosfera jarayonlarini tushuntirish uchun qulay ko‘rinishga keltiriladi.
2. Dastlabki yaqinlashuvda atmosferadagi termodinamik jarayonlarni quruq va to‘yinmagan nam havoda quruq adiabatik, to‘yingan nam havoda nam adiabatik deb qabul qilish mumkin. Termodinamik haroratlar ushbu jarayonlarning xarakteristikalari hisoblanadi.
3. Haroratning real va adiabatik gradientlari orasidagi nisbat, shuningdek noturg‘unlik energiyasi havo massasining noturg‘unlik mezonlari hisoblanadi. Vertikal bo‘ylab cho‘zilgan qatlamlar uchun nisbiy namlikning balandlik bo‘yicha o‘zgarishini hisobga olish zarur.
•Plank qonuni - mutlak qora jism nurlanish spektrida energiyaning to‘lqin uzunliklari bo‘yicha taqsimoti qonuni.
•Kirxgof qonuni - termodinamik muvozanat sharoitida jismning ma’lum to‘lqin uzunligi L va mutlaq harorati T uchun nurlantirish qobiliyati ext ning jism yutish qobiliyati kx,t ga sharoitlardagi mutlaq qora jismning (ideal harorat nurlatuvchi) nurlantirish qobiliyati Ex tga teng.
•Stefan-Bolsman qonuni - mutlaq qora jism uchun to‘liq nurlantirish qobiliyati nurlanish oqimining jism mutlaq harorati T ga bog‘lanishi ifodasi: V^dT4, bu erda d – Stefan-Bolsman doimiysi.
•Vin qonuni - mutlaq qora jism nurlanishining maksimal to‘lqin uzunligi Xtax va jism mutlaq harorati T orasidagi bog‘lanish ifodasi.
2. Radiatsiyaning yutilishi - moddalarga tushuvchi nurli energiyaning boshqa energiya turlariga, ayniqsa issiqlikka (odatda qisman) aylanishi. Atmosferada quyosh radiatsiyasi, er nurlanishi va atmosferaning boshqa qatlamlari nurlanishi yutiladi. Radiatsiyaning bunday yutilishi tanlama bo‘lib, asosan suv bug‘i, ozon, uglerod ikki oksidi gazi, kamroq kislorod, shuningdek havodagi kolloid aralashmalar tomonidan yutiladi. Atmosferada
kelayotgan quyosh radiatsiyasining 15% ga yaqini va er sirti nurlanishining katta qismi yutiladi.
3. Radiatsiyaning sochilishi - quyosh radiatsiyasining turli sindirish koeffitsientiga ega bo‘lgan atmosfera gazlari molekulalari va aerozol zarralarida sochilishi. Tartibsiz issiqpik harakati oqibatida zichlik flyuktuatsiyalarini shakllantiruvchi va buning oqibatida atmosferanish' optik birjinsli emasligiga olib keluvchi havo molekulalaridan sochilish atmosferada radiatsiya sochilishining katta qismini tashkil etadi.
Bu molekulyar sochilish Reley qonuni bo‘yicha sochilishga juda yaqin, ya’ni sochilayotgan radiatsiya to‘lqin uzunligining to‘rtinchi darajasiga teskari proporsional. Yirikroq aerozol zarralaridan sochilish to‘lqin uzunligining kichikroq darajalariga teskari proporsional (Mi qonuni), tuman, bulut va shivalama tomchilaridan sochilish esa to‘lqin uzunligiga bog‘liq bo‘lmay diffuz aks ettirish tabiatiga ega.
4. Meteorologik ko‘rinuvchanlik uzoqligi - ufqsagi cho‘zinchoq qora ob’ektning kunduzi osmon fonidagi ko‘rinuvchanligi.
5. Tuman pardasi (dimka) - ko‘z bilan ajratib bo‘lmaydigan muallaq holdagi mayda suv tomchilari va muz kristallarining yig‘ilib qolishi oqibatida er sirti yaqinida havoning kuchsiz xiralanishi.
6. Atmosfera shaffofligi - atmosferaning u yoki bu to‘lqin uzunlikli radiatsiyani (yorug‘likni) o‘tkazish qobiliyati. Jismning sirti orqali o‘tuvchi radiatsiya jadalligining jismga tushuvchi radiatsiyaga nisbati bilan aniqlanadi. Quyosh nurlagan elektromagnit energiyasi quyosh radiatsiyasi yoki nurli energiya deb ataladi. Er sirtiga etib kelgan quyosh radiatsiyasining asosiy qismi issiqlikka aylanadi. Sayyoramiz uchun quyosh radiatsiyasi yagona energiya manbaidir. Harorati mutlaq noldan yuqori bo‘lgan barcha jismlar o‘zidan radiatsiya nurlaydi. Meteorologiyada nurlanayotgan jismning harorati va nurlanish qobiliyati bilan belgilanadigan haroratga bog‘liq radiatsiya ko‘riladi. Jismning nurlanish sobiliyati deb birlik vaqt davomida birlik yuzadan (5=1 m2) barcha yo‘nalishlarda nurlanayotgan energiya miqdori tushuniladi. Bu kattalik nurli oqim yoki radiatsiya oqimi deb ham ataladi. SI tizimida uning o‘lchov birligi J/m2 s yoki Vt/m2.
Uz navbatida nurlanayotgan jism atrofdagi jismlardan kelayotgan energiyani yutadi. Jism va atrof-muhit orasida nurlangan va yutilgan energiya farqlari bilan belgilanadigan nurli issiqlik almashinuvi yuzaga keladi. Issiqlik muvozanatida issiqlik kelishi uning yo‘qotilishi bilan muvozanatda bo‘ladi. Er shari nurli muvozanat holatida bo‘ladi, chunki u kuyosh radiatsiyasini yutadi va nurlanishi orqali yo‘qotadi. Radiatsiya nurlayotgan jism soviydi, ya’ni uning ichki energiyasi nurli energiyaga aylanadi. Radiatsiya yutilishida esa nurli energiya ichki energiya, keyinchalik esa energiyaning boshqa turlariga ay-
lanadi. Jismlarning yutish va nurlash xossalari mutlaq qora jismga taalluqli Kirxgof, Plank, Vin va Stefan-Bolsman qonunlari bilan tavsiflanadi. To‘lqin uzunligidan qatiy nazar kelayotgan radiatsiyani butunlay yutadigan jism mutlaq qora jism deb ataladi. Bu qonunlar bo‘yicha nurlanayotgan jismning harorati qancha baland bo‘lsa, u shuncha ko‘proq energiyani oladi (yutadi). Harorag ortishi bilan energiya maksimumi qisqa to‘lqinlar tomoniga suriladi. Quyosh nurlanishi mutlaq qora jismning nurlanish qonunlari bilan tavsiflanadi, Er nurlanishi esa bundan biroz farq qiladi.
Kuyosh elektromagnit to‘lqinlarni keng diapazonda nurlaydi:
gamma-nurlardan to radioto‘lqinlargacha. Meteorologiyada 0,1 mkm dan 4 mkm gacha to‘lqinlar diapazoniga to‘g‘ri keladigan Quyosh radiatsiyasi ko‘riladi, chunki bu to‘lqinlar diapazoniga Quyosh radiatsiyaning 99% energiyasi to‘g‘ri keladi. Bu to‘lqinlar diapazonidagi radiatsiya qisqa to‘lqinli radiatsiya deb ataladi. Quyosh radiatsiya energiyasining to‘lqinlar uzunligi bo‘yicha o‘zgarishi
quyosh radiatsiyasi spektri deb nomlanadi Quyosh radiatsiyasi spektrini shartli ravishda bir necha qismlarga bo‘lish mumkin. 0,1^0,39 mkm to‘lqinlar diapazonidagi radiatsiya - ultrabinafsha radiatsiya deb nomlanadi. Bu diapazondagi radiatsiyaga quyosh radiatsiyaning 9% energiyasi to‘g‘ri keladi. Ko‘rinuvchan radiatsiya 0,40 dan 0,76 mkm gacha to‘lqinlar diapazonini egallaydi va bu diapazonga quyosh radiatsiyasining 47% energiyasi to‘g‘ri keladi. Infraqizil nurlanish (0,76-I mkm) quyosh nurlanishining tahminan 44% ini tashkil qiladi. Kuyosh radiatsiya spektrining maksimumi tahminan 0,475 mkm to‘lhin uzunligiga, ya’ni ko‘rinuvchan radiatsiyaning ko‘k-havo rang raztglariga to‘g‘ri keladi. Tajribadan aniqlangan quyosh radiatsiyasi spektrini harorati tahminan 6000 K ga teng bo‘lgan mutlaq qora jismning Plank qonuni bo‘yicha hisoblangan nurlanish spektri bilan taqqoslash, ularning deyarli bir xilligini ko‘rsatadi. Spektrning ultrabinafsha radiatsiya diapazonida ba’zi farqpar ko‘zga tashlanadi. Bundan, qat’iy aytganda, Quyosh mutlaq qora jism emasligi haqida xulosa qilinadi.
Quyosh doimiysi - bu Erdan Quyoshgacha bo‘lgan o‘rgacha masofada, atmosferaning yuqori chegarasida quyosh nurlariga perpendikulyar birlik yuzaga birlik vaqg davomida kelgan quyosh radiatsiyasi miqsoridir. Er usti o‘lchovlari, sun’iy yo‘ldoshlar va kosmik kemalardan olingan kuzatishlar natijasida hozirgi paytda quyosh doimiysining son qiymati 1,367 ± 0,007 kVt/m2 ga teng ekanligi
aniqlangan. Er orbitasi cho‘zilgan ellips bo‘lganligi uchun (Quyoshdan masofa yanvarda - 147 mln. km, iyulda - 152 mln. km), yil mobaynida quyosh doimiysining son qiymati ±3,5% ga o‘zgaradi. Quyosh doimiysining qiymatiga Quyosh faolligi va boshqa astronomik omillarta’sir qiladi. Bir yilda er sirtining har 1 km2 maydoniga o‘rtacha 4,27-1016 J issikdik etib keladi. Bunday mikdordagi energiyani olish uchun 400 ming tonna toshko‘mirni yondirish kerak. Baholashlarga ko‘ra, Er sharidagi barcha toshko‘mir zaxiralari yondirilsa, 30 yil mobaynida Quyoshdan kelgan radiatsiya oqimi miqdoriga teng
bo‘ladi. Quyosh Erga butun Er sharidagi elektrostansiyalar bir yilda ishpab chiqargan energiya miqsoriga teng bo‘lgan energiyani 1,5 sutkada beradi. SHu bilan birga, Erga etib kelayotgan quyosh radiatsiyasi Quyosh berayotgan jami nurlanishning tahminan 2 mlrd. dan bir qismini tashkil etadi. SHunday qilib, quyosh energiyasining ulkan potensial zahiralari undan Erda yagona energiya manbai sifatida foydalanish imkonini beradi.