ساختار عمودی جو تعیین ارتفاع سطوح تراکم و تصعید تغییر دما از ارتفاع

برای اینکه بررسی موضوع تا حدودی ساده شود، فضا به سه لایه اصلی تقسیم شده است. طبقه بندی اتمسفر در درجه اول نتیجه تغییرات ناهموار دمای هوا با ارتفاع است. دو لایه پایینی از نظر ترکیب نسبتاً همگن هستند. به همین دلیل معمولاً گفته می شود که آنها یک هموسفر را تشکیل می دهند.

تروپوسفر. لایه زیرین جو تروپوسفر نامیده می شود. این اصطلاح خود به معنای "کره چرخش" است و با ویژگی های تلاطم این لایه مرتبط است. همه تغییرات آب و هوا و آب و هوا نتیجه فرآیندهای فیزیکی است که در این لایه رخ می دهد. در قرن 18 از آنجایی که مطالعه اتمسفر فقط به این لایه محدود می شد، اعتقاد بر این بود که کاهش دمای هوا در آن با ارتفاع ذاتی در بقیه جو است.

دگرگونی های مختلف انرژی عمدتاً در تروپوسفر رخ می دهد. به دلیل تماس مداوم هوا با سطح زمین و همچنین ورود انرژی از فضا به آن، شروع به حرکت می کند. مرز بالایی این لایه در جایی قرار دارد که کاهش دما با ارتفاع با افزایش آن جایگزین می شود - تقریباً در ارتفاع 15-16 کیلومتری بالای استوا و 7-8 کیلومتری بالای قطب ها. مانند خود زمین، تحت تأثیر چرخش سیاره ما، تا حدودی بر روی قطب ها مسطح شده و بر روی خط استوا متورم می شود. با این حال، این اثر در جو بسیار قوی تر از پوسته جامد زمین است.

در جهت از سطح زمین به سمت مرز بالایی تروپوسفر، دمای هوا کاهش می یابد. حداقل دمای هوا بر فراز خط استوا حدود -62 درجه سانتیگراد و بالای قطبها حدود -45 درجه سانتیگراد است. با این حال، بسته به نقطه اندازه گیری، دما ممکن است تا حدودی متفاوت باشد. بنابراین، بر فراز جزیره جاوه، در مرز فوقانی تروپوسفر، دمای هوا به پایین ترین حد -95 درجه سانتیگراد کاهش می یابد.

حد بالایی تروپوسفر را تروپوپوز می گویند. بیش از 75 درصد از جرم جو در زیر تروپوپوز قرار دارد. در مناطق استوایی، حدود 90 درصد از جرم جو در داخل تروپوسفر است.

tropopause در سال 1899 کشف شد، زمانی که حداقل آن در مشخصات دمای عمودی در یک ارتفاع خاص یافت شد و سپس دما کمی افزایش یافت. آغاز این افزایش به معنای انتقال به لایه بعدی جو - به استراتوسفر است.

استراتوسفر. اصطلاح استراتوسفر به معنای "کره لایه" است و ایده قبلی منحصر به فرد بودن لایه در بالای تروپوسفر را منعکس می کند. استراتوسفر تا ارتفاع حدود 50 کیلومتری از سطح زمین گسترش می یابد. ویژگی آن به ویژه افزایش شدید دمای هوا در مقایسه با مقادیر بسیار کم آن در تروپوپوز است. واکنش های شیمیاییدر جو رخ می دهد.

ازن شکل خاصی از اکسیژن است. برخلاف مولکول اکسیژن دو اتمی معمولی (O2). ازن از مولکول های سه اتمی آن (Oz) تشکیل شده است. در نتیجه برهمکنش اکسیژن معمولی با اکسیژن وارد شده به جو فوقانی ظاهر می شود.

بخش عمده ای از ازن در ارتفاعات حدود 25 کیلومتری متمرکز شده است، اما به طور کلی لایه ازن پوسته ای است که به شدت در طول ارتفاع کشیده شده است و تقریباً کل استراتوسفر را می پوشاند. در اوزونوسفر، پرتوهای فرابنفش اغلب و شدیدترین واکنش را با اکسیژن اتمسفر دارند. باعث متلاشی شدن مولکول های معمولی اکسیژن دو اتمی به اتم های منفرد می شود. به نوبه خود، اتم های اکسیژن اغلب دوباره به مولکول های دو اتمی متصل می شوند و مولکول های ازن را تشکیل می دهند. به همین ترتیب، تک تک اتم های اکسیژن به مولکول های دو اتمی ترکیب می شوند. شدت تشکیل ازن برای وجود لایه ای با غلظت بالای آن در استراتوسفر کافی است.

تعامل اکسیژن با پرتوهای فرابنفش یکی از فرآیندهای مطلوب در جو زمین است که به حفظ حیات روی زمین کمک می کند. جذب این انرژی توسط ازن مانع از جریان بیش از حد آن به سطح زمین می شود، جایی که دقیقاً چنین سطح انرژی مناسب برای وجود ایجاد می شود. اشکال زمینیزندگی شاید در گذشته، زمین دریافت کرده است مقدار زیادانرژی نسبت به حال حاضر، که بر ظهور اشکال اولیه حیات در سیاره ما تأثیر گذاشت. اما موجودات زنده امروزی از مقادیر قابل توجهی اشعه ماوراء بنفش خورشید جان سالم به در نمی برند.

اوزونوسفر بخشی را که از جو عبور می کند جذب می کند. در نتیجه، یک شیب عمودی دمای هوا تقریباً 0.62 درجه سانتیگراد در هر 100 متر در اوزونوسفر ایجاد می شود، یعنی دما با ارتفاع تا حد بالایی استراتوسفر - استراتوپوز (50 کیلومتر) افزایش می یابد.

در ارتفاعات 50 تا 80 کیلومتری، لایه ای از جو وجود دارد که مزوسفر نامیده می شود. کلمه مزوسفر به معنای کره میانی است، در اینجا دمای هوا همچنان با ارتفاع کاهش می یابد.

در بالای مزوسفر، در لایه ای به نام ترموسفر، دما دوباره با ارتفاع تا حدود 1000 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و سپس بسیار سریع به 96- درجه سانتیگراد کاهش می یابد. با این حال، به طور نامحدود کاهش نمی یابد، سپس دما دوباره افزایش می یابد.

تقسیم اتمسفر به لایه های جداگانه با ویژگی های تغییرات دما با ارتفاع در هر لایه کاملاً آسان است.

بر خلاف لایه‌های ذکر شده قبلی، یونوسفر برجسته نشده است. با توجه به دما ویژگی اصلییونوسفر - درجه بالایی از یونیزاسیون گازهای اتمسفر. این یونیزاسیون در اثر جذب انرژی خورشیدی توسط اتم های گازهای مختلف ایجاد می شود. پرتوهای فرابنفش و سایر اشعه های خورشیدی که کوانتوم های پر انرژی را حمل می کنند، وارد جو می شوند، اتم های نیتروژن و اکسیژن را یونیزه می کنند - الکترون هایی که در مدارهای بیرونی قرار دارند از اتم ها جدا می شوند. با از دست دادن الکترون، یک اتم بار مثبت پیدا می کند. اگر یک الکترون به اتم اضافه شود، اتم دارای بار منفی می شود. بنابراین، یونوسفر منطقه ای با ماهیت الکتریکی است که به لطف آن بسیاری از انواع ارتباطات رادیویی امکان پذیر می شود.

یونوسفر به چند لایه تقسیم می شود که آنها را با حروف D، E، F1 و F2 مشخص می کند، این لایه ها نیز نام های خاصی دارند. تقسیم به لایه ها به دلایل مختلفی ایجاد می شود که از جمله مهمترین آنها تأثیر نابرابر لایه ها در عبور امواج رادیویی است. پایین ترین لایه، D، عمدتا امواج رادیویی را جذب می کند و در نتیجه از انتشار بیشتر آنها جلوگیری می کند.

بهترین لایه E مطالعه شده در ارتفاع حدود 100 کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. به نام دانشمندان آمریکایی و انگلیسی که به طور همزمان و مستقل آن را کشف کردند، لایه Kennelly-Heaviside نیز نامیده می شود. لایه E مانند یک آینه غول پیکر، امواج رادیویی را منعکس می کند. به لطف این لایه، امواج رادیویی طولانی فواصل دورتری را طی می کنند که اگر فقط در یک خط مستقیم منتشر شوند، بدون اینکه از لایه E منعکس شوند، انتظار می رود.

لایه F نیز خواص مشابهی دارد.به آن لایه اپلتون نیز می گویند. همراه با لایه Kennelly-Heaviside، امواج رادیویی را به ایستگاه های رادیویی زمینی منعکس می کند.این انعکاس می تواند در زوایای مختلف رخ دهد. لایه اپلتون در ارتفاع حدود 240 کیلومتری قرار دارد.

بیرونی ترین ناحیه جو اغلب اگزوسفر نامیده می شود.

این اصطلاح نشان دهنده وجود حومه فضا در نزدیکی زمین است. تعیین دقیق نقطه پایان و شروع کیهان دشوار است، زیرا چگالی گازهای اتمسفر به تدریج با ارتفاع کاهش می یابد و خود به آرامی تقریباً به یک خلاء تبدیل می شود که در آن فقط مولکول های منفرد به هم می رسند. با فاصله از سطح زمینگازهای جوی گرانش سیاره کمتر و کمتری را تجربه می کنند و از ارتفاع معینی تمایل به ترک میدان گرانشی زمین دارند. در حال حاضر در ارتفاع حدود 320 کیلومتری، چگالی جو آنقدر کم است که مولکول ها می توانند بیش از 1 کیلومتر را بدون برخورد با یکدیگر طی کنند. بیرونی ترین قسمت جو به عنوان مرز بالایی آن عمل می کند که در ارتفاعات 480 تا 960 کیلومتری قرار دارد.

در تروپوسفر، دمای هوا با ارتفاع کاهش می یابد، همانطور که اشاره شد، به طور متوسط ​​0.6 اینچ به ازای هر 100 متر ارتفاع. با این حال، در لایه سطحی، توزیع دما می تواند متفاوت باشد: می تواند کاهش یابد، افزایش یابد و ثابت بماند. گرادیان دما عمودی (VGT) ایده ای از توزیع دما با ارتفاع را ارائه می دهد:

VGT = (/ " - /ب)/(ZB -

که در آن /n ​​- /v - اختلاف دما در سطوح پایین و بالا، ° С. ZB - ZH- اختلاف ارتفاع، m. معمولاً VGT برای 100 متر ارتفاع محاسبه می شود.

در لایه سطحی جو، VGT می تواند 1000 برابر بیشتر از میانگین تروپوسفر باشد.

مقدار VGT در لایه سطحی به شرایط آب و هوایی (در هوای صاف بیشتر از هوای ابری است)، فصل (در تابستان بیشتر از زمستان) و زمان روز (بیشتر در روز نسبت به شب) بستگی دارد. باد VGT را کاهش می دهد، زیرا هنگامی که هوا مخلوط می شود، دمای آن در ارتفاعات مختلف برابر می شود. در بالای خاک مرطوب، WGT به شدت در لایه سطحی کاهش می‌یابد، و در خاک لخت (مزارع آیش) WGT بیشتر از محصولات متراکم یا مراتع است. این به دلیل تفاوت در رژیم دمایی این سطوح است (به فصل 3 مراجعه کنید).

در نتیجه ترکیب خاصی از این عوامل، VGT در نزدیکی سطح بر حسب 100 متر ارتفاع می تواند بیش از 100 درجه سانتیگراد / 100 متر باشد. در چنین مواردی همرفت حرارتی رخ می دهد.

تغییر دمای هوا با ارتفاع، علامت UGT را تعیین می کند: اگر UGT > 0 باشد، دما با فاصله از سطح فعال کاهش می یابد، که معمولاً در طول روز و در تابستان اتفاق می افتد (شکل 4.4). اگر VGT = 0 باشد، دما با ارتفاع تغییر نمی کند. اگر VGT< 0, то температура увеличивается с высотой и такое рас­пределение температуры называют инверсией.

بسته به شرایط ایجاد وارونگی در لایه سطحی اتمسفر، آنها را به دو دسته تشعشعی و فرارفتی تقسیم می کنند.

1. وارونگی تشعشعی در هنگام خنک شدن تابشی سطح زمین رخ می دهد. چنین وارونگی هایی در طول دوره گرم سال در شب و در زمستان در روز نیز مشاهده می شود. بنابراین وارونگی تابشی به شب (تابستان) و زمستان تقسیم می شود.

وارونگی شبانه در هوای آرام و صاف پس از انتقال تعادل تشعشع به 0 به مدت 1.0...1.5 ساعت قبل از غروب خورشید تنظیم می شود. در طول شب شدت می گیرند و قبل از طلوع خورشید به حداکثر توان خود می رسند. پس از طلوع خورشید، سطح فعال و هوا گرم می شود که این وارونگی را از بین می برد. ارتفاع لایه وارونگی اغلب چند ده متر است، اما در شرایط خاص (به عنوان مثال، در دره های بسته که توسط ارتفاعات قابل توجه احاطه شده اند) می تواند به 200 متر یا بیشتر برسد. این امر با جریان هوای خنک شده از دامنه ها به دره تسهیل می شود. ابری وارونگی را ضعیف می کند و سرعت باد بیش از 2.5 ... 3.0 متر بر ثانیه آن را از بین می برد. در زیر سایه بان گیاهان متراکم، محصولات زراعی و همچنین جنگل ها در تابستان، وارونگی ها نیز در طول روز مشاهده می شود.

وارونگی تشعشعات شبانه در بهار و پاییز و در برخی نقاط در تابستان می تواند باعث کاهش دمای سطح خاک و هوا شود. مقادیر منفی(یخ زدگی) که باعث آسیب به بسیاری از گیاهان زراعی می شود.

وارونگی زمستانی در هوای صاف و آرام در شرایط روز کوتاه رخ می دهد، زمانی که خنک شدن سطح فعال به طور مداوم هر روز افزایش می یابد. آنها می توانند چندین هفته باقی بمانند، در طول روز کمی ضعیف شده و در شب دوباره افزایش می یابند.

وارونگی های تابشی به ویژه با یک زمین به شدت ناهمگن تشدید می شود. هوای خنک کننده به سمت فرورفتگی ها و حوضه ها جریان می یابد، جایی که اختلاط متلاطم ضعیف به خنک شدن بیشتر آن کمک می کند. وارونگی های تشعشعی مرتبط با ویژگی های زمین معمولاً اوروگرافی نامیده می شوند.

2. وارونگی های انحرافی در حین جابجایی (حرکت) هوای گرم بر روی سطح زیرین سرد ایجاد می شود که لایه های هوای پیشروی مجاور آن را خنک می کند. این وارونگی ها شامل وارونگی برفی نیز می شود. آنها در هنگام جابجایی هوای با دمای بالای 0 اینچ به سطحی پوشیده از برف ایجاد می شوند. کاهش دما در پایین ترین لایه در این مورد با هزینه های گرمایی برای ذوب برف همراه است.

شاخص های رژیم دما در این منطقه و نیاز گیاهان به گرما

هنگام ارزیابی رژیم دما منطقه بزرگیا در یک نقطه جداگانه، مشخصات دما برای یک سال یا برای دوره های جداگانه (دوره پوشش گیاهی، فصل، ماه، دهه و روز) استفاده می شود. عمده این شاخص ها به شرح زیر است.

میانگین دمای روزانه میانگین حسابی دماهای اندازه گیری شده در تمام دوره های مشاهده است. در ایستگاه های هواشناسی فدراسیون روسیهدمای هوا هشت بار در روز اندازه گیری می شود. با جمع بندی نتایج این اندازه گیری ها و تقسیم آن بر 8، میانگین دمای روزانه هوا به دست می آید.

میانگین دمای ماهانه میانگین حسابی میانگین دمای روزانه برای کل روز ماه است.

میانگین دمای سالانه میانگین حسابی میانگین دمای روزانه (یا میانگین ماهانه) برای کل سال است.

میانگین دمای هوا فقط یک ایده کلی از مقدار گرما می دهد؛ تغییرات دمای سالانه را مشخص نمی کند. بنابراین، میانگین دمای سالانه در جنوب ایرلند و در استپ های Kalmykia، واقع در همان عرض جغرافیایی، نزدیک است (9 درجه سانتیگراد). اما در ایرلند، میانگین دمای ژانویه 5 ... 8 "C است، و چمنزارها در تمام زمستان سبز هستند، و در استپ های Kalmykia، میانگین دمای ژانویه -5 ... -8 درجه سانتیگراد است. در تابستان، در ایرلند خنک است: 14 درجه سانتیگراد، و میانگین دمای جولای در Kalmykia 23 ... 26 درجه سانتیگراد است.

بنابراین، برای بیشتر مشخصات کاملدوره سالانه دما در یک مکان معین از داده های میانگین دمای سردترین (ژانویه) و گرم ترین (ژوئیه) ماه استفاده می کند.

با این حال، تمام ویژگی های میانگین، ایده دقیقی از دوره روزانه و سالانه دما، یعنی فقط در مورد شرایطی که به ویژه برای تولید کشاورزی مهم است، ارائه نمی دهد. علاوه بر میانگین دما، حداکثر و حداقل دما، دامنه است. به عنوان مثال، دانستن حداقل دما در ماه های زمستان، می توان در مورد شرایط زمستان گذرانی محصولات زمستانه و مزارع میوه و توت قضاوت کرد. داده ها در مورد حداکثر دمافراوانی ذوب ها در زمستان و شدت آنها و در تابستان - تعداد روزهای گرمی که آسیب دانه در طول دوره پر شدن ممکن است و غیره را نشان می دهد.

در دماهای شدید، وجود دارد: حداکثر مطلق (حداقل) - بالاترین (پایین ترین) دما برای کل دوره مشاهده. میانگین حداکثر مطلق (حداقل) - میانگین حسابی افراط مطلق. میانگین حداکثر (حداقل) - میانگین حسابی تمام دماهای شدید، به عنوان مثال، برای یک ماه، فصل، سال. در عین حال، آنها را می توان هم برای یک دوره مشاهده طولانی مدت و هم برای ماه، سال واقعی و غیره محاسبه کرد.

دامنه تغییرات دمای روزانه و سالانه درجه آب و هوای قاره ای را مشخص می کند: هر چه دامنه بیشتر باشد، آب و هوا قاره ای تر است.

مشخصه رژیم دما در یک منطقه معین برای یک دوره معین نیز مجموع میانگین دمای روزانه بالاتر یا کمتر از حد معین است. به عنوان مثال، در کتاب های مرجع آب و هوا و اطلس ها، مجموع دماهای بالای 0، 5، 10 و 15 درجه سانتیگراد و همچنین زیر 5- و -10 درجه سانتیگراد آورده شده است.

یک نمایش بصری از توزیع جغرافیاییشاخص های رژیم دما توسط نقشه هایی ارائه می شود که بر روی آنها ایزوترم ها ترسیم شده است - خطوطی با مقادیر دمایی برابر و مجموع دماها (شکل 4.7). به عنوان مثال، نقشه‌هایی از مجموع دماها برای توجیه قرار دادن محصولات (کاشت) گیاهان کشت شده با نیازهای متفاوت برای گرما استفاده می‌شوند.

برای روشن شدن شرایط حرارتی لازم برای گیاهان، از مجموع دمای شب و روز نیز استفاده می شود، زیرا میانگین دمای روزانه و مجموع آن اختلافات حرارتی را در دوره روزانهدمای هوا.

مطالعه رژیم حرارتی به طور جداگانه برای روز و شب اهمیت فیزیولوژیکی عمیقی دارد. مشخص است که تمام فرآیندهایی که در دنیای گیاهی و حیوانی رخ می دهند تابع ریتم های طبیعی هستند که توسط شرایط خارجی تعیین می شود، یعنی تابع قانون ساعت به اصطلاح "بیولوژیکی" هستند. به عنوان مثال، طبق (1964)، برای شرایط بهینه برای رشد گیاهان گرمسیری، تفاوت بین دمای روز و شب باید 3 ... 5 درجه سانتیگراد باشد، برای گیاهان. منطقه ی معتدل-5...7 و برای گیاهان بیابانی - 8 درجه سانتیگراد و بیشتر. مطالعه دمای روز و شب به دست می آورد معنی خاصبرای افزایش بهره وری گیاهان کشاورزی، که با نسبت دو فرآیند تعیین می شود - جذب و تنفس، که در ساعات مختلف نور و تاریک روز برای گیاهان رخ می دهد.

میانگین دمای روز و شب و مجموع آنها به طور غیرمستقیم متغیرهای عرضی در طول شبانه روز و همچنین تغییرات قاره ای آب و هوا و تأثیر اشکال مختلف زمین بر رژیم دما را در نظر می گیرند.

مجموع میانگین دمای هوای روزانه که برای یک جفت ایستگاه هواشناسی واقع در عرض جغرافیایی تقریباً یکسان نزدیک است، اما از نظر طول جغرافیایی به طور قابل توجهی متفاوت است، یعنی در شرایط مختلفقاره آب و هوا در جدول 4.1 آورده شده است.

در نواحی قاره‌ای‌تر شرقی، مجموع دمای روز 200 تا 500 درجه سانتی‌گراد بیشتر است و مجموع دمای شبانه 300 درجه سانتی‌گراد کمتر از مناطق غربی و به‌ویژه دریایی است، که برای مدت طولانی توضیح می‌دهد. واقعیت شناخته شده- تسریع توسعه محصولات کشاورزی در آب و هوای شدید قاره ای.

نیاز گیاهان به گرما با مجموع دماهای فعال و موثر بیان می شود. در هواشناسی کشاورزی، دمای فعال میانگین دمای هوا (یا خاک) روزانه بالاتر از حداقل بیولوژیکی رشد محصول است. دمای مؤثر میانگین دمای هوا (یا خاک) روزانه است که با مقدار حداقل بیولوژیکی کاهش می یابد.

گیاهان تنها در صورتی رشد می کنند که میانگین دمای روزانه از حداقل بیولوژیکی آنها بیشتر شود که مثلاً برای گندم بهاره 5 درجه سانتیگراد، ذرت 10 درجه سانتیگراد و برای پنبه 13 درجه سانتیگراد (15 درجه سانتیگراد برای انواع پنبه جنوبی) است. مجموع دماهای فعال و موثر هم برای دوره های بین فازی فردی و هم برای کل فصل رشد بسیاری از واریته ها و هیبریدهای محصولات اصلی تعیین شده است (جدول 11.1).

از طریق مجموع دماهای فعال و موثر، نیاز به گرمای موجودات poikilothermic (خونسرد) هم برای دوره انتوژنتیک و هم برای قرن ها بیان می شود. چرخه بیولوژیکی

هنگام محاسبه مجموع میانگین دمای روزانه که مشخص کننده نیاز گیاهان و موجودات گرمازا به گرما است، لازم است اصلاحی برای دمای بالاست ارائه شود که "رشد و نمو را تسریع نمی‌کند، یعنی سطح دمای بالایی را برای محصولات و موجودات زنده در نظر می‌گیرد. برای اکثر گیاهان و آفات منطقه معتدل از 20 درجه سانتیگراد بیشتر خواهد شد.

وظیفه:

مشخص است که در ارتفاع 750 متری از سطح دریا درجه حرارت +22 درجه سانتیگراد است. دمای هوا را در ارتفاع تعیین کنید:

الف) 3500 متر بالاتر از سطح دریا

ب) 250 متر بالاتر از سطح دریا

راه حل:

می دانیم که وقتی ارتفاع 1000 متر (1 کیلومتر) تغییر می کند، دمای هوا 6 درجه سانتی گراد تغییر می کند، همچنین با افزایش ارتفاع، دمای هوا کاهش می یابد و با کاهش، افزایش می یابد.

الف) 1. اختلاف ارتفاع را تعیین کنید: 3500 متر -750 متر = 2750 متر = 2.75 کیلومتر

2. تفاوت دمای هوا را تعیین کنید: 2.75 کیلومتر × 6 o C = 16.5 o C

3. دمای هوا را در ارتفاع 3500 متر تعیین کنید: 22 درجه سانتیگراد - 16.5 درجه سانتیگراد \u003d 5.5 درجه سانتیگراد

پاسخ: در ارتفاع 3500 متری دمای هوا 5.5 درجه سانتی گراد است.

ب) 1. اختلاف ارتفاع را تعیین کنید: 750 متر -250 متر = 500 متر = 0.5 کیلومتر

2. تفاوت دمای هوا را تعیین کنید: 0.5 کیلومتر × 6 o C = 3 o C

3. دمای هوا را در ارتفاع 250 متر تعیین کنید: 22 o C + 3 o C = 25 o C

پاسخ: در ارتفاع 250 متری دمای هوا 25 درجه سانتی گراد است.

2. تعیین فشار اتمسفر بسته به ارتفاع

وظیفه:

مشخص است که در ارتفاع 2205 متری از سطح دریا، فشار اتمسفر 550 میلی متر است. ستون جیوه. تعیین فشار اتمسفر در ارتفاع:

الف) 3255 متر بالاتر از سطح دریا

ب) 0 متر بالاتر از سطح دریا

راه حل:

می دانیم که با تغییر ارتفاع 10.5 متری، فشار اتمسفر 1 میلی متر جیوه تغییر می کند. هنر علاوه بر این، با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر کاهش می یابد و با کاهش، افزایش می یابد.

الف) 1. اختلاف ارتفاع را تعیین کنید: 3255 متر - 2205 متر = 1050 متر

2. تفاوت فشار اتمسفر را تعیین کنید: 1050 متر: 10.5 متر = 100 میلی متر جیوه.

3. فشار اتمسفر را در ارتفاع 3255 متری: 550 میلی متر جیوه تعیین کنید. - 100 میلی متر جیوه = 450 میلی متر جیوه

پاسخ: در ارتفاع 3255 متری، فشار اتمسفر 450 میلی متر جیوه است.

ب) 1. اختلاف ارتفاع را تعیین کنید: 2205 متر - 0 متر = 2205 متر

2. اختلاف فشار اتمسفر را تعیین کنید: 2205 متر: 10.5 متر = 210 میلی متر جیوه. هنر

3. فشار اتمسفر را در ارتفاع 0 متر تعیین کنید: 550 میلی متر جیوه. + 210 میلی متر جیوه هنر = 760 میلی متر جیوه هنر

پاسخ: در ارتفاع 0 متر، فشار اتمسفر 760 میلی متر جیوه است.

3. مقیاس بوفور

(مقیاس سرعت باد)

در تروپوسفر، دمای هوا با ارتفاع کاهش می یابد، همانطور که اشاره شد، به طور متوسط ​​0.6 º C برای هر 100 متر ارتفاع کاهش می یابد. با این حال، در لایه سطحی، توزیع دما می تواند متفاوت باشد: می تواند کاهش و افزایش یابد و ثابت بماند. ایده ای از توزیع دما با ارتفاع توسط گرادیان دما عمودی (VGT) ارائه می شود:

مقدار VGT در لایه سطحی به شرایط آب و هوایی (در هوای صاف بیشتر از هوای ابری است)، فصل (در تابستان بیشتر از زمستان) و زمان روز (بیشتر در روز نسبت به شب) بستگی دارد. باد VGT را کاهش می دهد، زیرا هنگامی که هوا مخلوط می شود، دمای آن در ارتفاعات مختلف برابر می شود. در بالای خاک مرطوب، WGT به شدت در لایه سطحی کاهش می‌یابد، و بیش از خاک لخت (مزارع آیش) WGT بیشتر از محصولات متراکم یا مراتع است. این به دلیل تفاوت در رژیم دمایی این سطوح است.

تغییر دمای هوا با ارتفاع، علامت UGT را تعیین می کند: اگر UGT > 0 باشد، دما با فاصله از سطح فعال کاهش می یابد، که معمولاً در طول روز و در تابستان اتفاق می افتد. اگر VGT = 0 باشد، دما با ارتفاع تغییر نمی کند. اگر VGT< 0, то температура увеличивается с высотой и такое распределение температуры называют инверсией.

بسته به شرایط ایجاد وارونگی در لایه سطحی اتمسفر، آنها را به دو دسته تشعشعی و فرارفتی تقسیم می کنند.

1. تشعشعوارونگی در هنگام خنک شدن تابشی سطح زمین رخ می دهد. چنین وارونگی هایی در طول دوره گرم سال در شب و در زمستان در روز نیز مشاهده می شود. بنابراین وارونگی تابشی به شب (تابستان) و زمستان تقسیم می شود.

2. عرفیوارونگی ها در حین جابجایی (حرکت) هوای گرم بر روی سطح زیرین سرد ایجاد می شوند که لایه های هوای پیشروی مجاور آن را خنک می کند. این وارونگی ها شامل وارونگی برفی نیز می شود. آنها در هنگام جابجایی هوا با دمای بالای 0 درجه سانتیگراد به سطحی پوشیده از برف رخ می دهند. کاهش دما در پایین ترین لایه در این مورد با مصرف گرما برای ذوب برف همراه است.

اندازه گیری دمای هوا

در ایستگاه های هواشناسی، دماسنج ها در یک غرفه مخصوص به نام سایکرومتریک نصب می شوند که دیوارهای آن لوور می شود. اشعه خورشید به چنین غرفه ای نفوذ نمی کند، اما در عین حال هوا به آن دسترسی آزاد دارد.

دماسنج ها بر روی سه پایه نصب می شوند تا مخازن در ارتفاع 2 متری از سطح فعال قرار گیرند.

دمای هوای فوری با دماسنج سایکرومتری جیوه ای TM-4 اندازه گیری می شود که به صورت عمودی نصب می شود. در دماهای زیر 35- درجه سانتیگراد از دماسنج الکلی درجه پایین TM-9 استفاده می شود.

دماهای شدید توسط دماسنج های حداکثر TM-1 و حداقل TM-2 اندازه گیری می شوند که به صورت افقی قرار می گیرند.

برای ثبت مداوم دمای هوا ترموگراف M-16A، که در یک غرفه لووردار برای ضبط قرار می گیرد. بسته به سرعت چرخش درام، ترموگراف ها روزانه و هفتگی هستند.

در محصولات زراعی و مزارع دمای هوا بدون ایجاد اختلال در پوشش گیاهی اندازه گیری می شود. برای این کار از روان سنج آسپیراسیون استفاده می شود.

سیاره آبی...

این موضوع قرار بود یکی از اولین ها در سایت ظاهر شود. به هر حال هلیکوپترها هواپیماهای جوی هستند. اتمسفر زمین- به اصطلاح زیستگاه آنها :-). آ مشخصات فیزیکیهوافقط کیفیت این زیستگاه را تعیین کنید :-). پس این یکی از اصول اولیه است. و اساس همیشه اول نوشته می شود. اما من الان این را فهمیدم. با این حال، همانطور که می دانید بهتر است دیر شود تا هرگز ... بیایید به این موضوع بپردازیم، اما بدون وارد شدن به طبیعت و سختی های غیر ضروری :-).

بنابراین… اتمسفر زمین. این پوسته گازی سیاره آبی ماست. همه این نام را می شناسند. چرا آبی؟ صرفاً به این دلیل که جزء "آبی" (و همچنین آبی و بنفش) نور خورشید (طیف) به خوبی در جو پراکنده شده است، بنابراین آن را به رنگ آبی مایل به آبی، گاهی اوقات با رنگ بنفش (البته در یک روز آفتابی :-) رنگ می کند.

ترکیب جو زمین.

ترکیب جو بسیار گسترده است. من تمام اجزای متن را لیست نمی کنم، یک مثال خوب برای این وجود دارد.ترکیب همه این گازها به استثنای دی اکسید کربن (CO 2 ) تقریبا ثابت است. علاوه بر این، جو لزوماً حاوی آب به شکل بخار، قطرات معلق یا کریستال های یخ است. مقدار آب ثابت نیست و به دما و تا حدی به فشار هوا بستگی دارد. علاوه بر این، جو زمین (مخصوصاً اتمسفر فعلی) حاوی مقدار مشخصی است، من می گویم "انواع کثیفی" :-). اینها SO 2، NH 3، CO، HCl، NO هستند، علاوه بر این بخارهای جیوه جیوه وجود دارد. درست است، همه اینها در مقادیر کم وجود دارد، خدا را شکر :-).

اتمسفر زمینبه چندین تقسیم شده است دنبال دوستیکی پس از دیگری در ارتفاع بالای سطح مناطق.

اولین، نزدیکترین به زمین، تروپوسفر است. این پایین ترین و به اصطلاح، اصلی ترین لایه برای زندگی است. نوع متفاوت. این شامل 80٪ از کل جرم است هوای جوی(اگرچه از نظر حجمی تنها حدود 1٪ از کل اتمسفر را تشکیل می دهد) و حدود 90٪ از کل آب اتمسفر را تشکیل می دهد. بخش عمده ای از بادها، ابرها، باران ها و برف ها 🙂 از آنجا می آیند. تروپوسفر تا ارتفاعات حدود 18 کیلومتر در عرض های جغرافیایی استوایی و تا 10 کیلومتر در عرض های جغرافیایی قطبی گسترش می یابد. دمای هوا در آن با افزایش حدود 0.65 درجه به ازای هر 100 متر کاهش می یابد.

مناطق جوی

منطقه دوم استراتوسفر است. باید بگویم که یک منطقه باریک دیگر بین تروپوسفر و استراتوسفر متمایز است - تروپوپوز. کاهش دما را با ارتفاع متوقف می کند. تروپوپوز دارای ضخامت متوسط ​​1.5-2 کیلومتر است، اما مرزهای آن نامشخص است و تروپوسفر اغلب با استراتوسفر همپوشانی دارد.

بنابراین استراتوسفر دارای ارتفاع متوسط ​​12 کیلومتر تا 50 کیلومتر است. دمای آن تا 25 کیلومتر بدون تغییر باقی می ماند (حدود -57 درجه سانتیگراد)، سپس در جایی تا 40 کیلومتر به حدود 0 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و تا 50 کیلومتر بیشتر بدون تغییر باقی می ماند. استراتوسفر بخش نسبتاً آرامی از جو زمین است. عملا هیچ شرایط آب و هوایی نامساعدی در آن وجود ندارد. در استراتوسفر است که لایه معروف اوزون در ارتفاعات 15-20 کیلومتری تا 55-60 کیلومتری قرار دارد.

به دنبال آن یک لایه مرزی کوچک استراتوپوز، که در آن دما در حدود 0º C باقی می ماند، و سپس منطقه بعدی مزوسفر است. تا ارتفاعات 80-90 کیلومتری گسترش می یابد و در آن دما تا حدود 80 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. در مزوسفر معمولاً شهاب های کوچک قابل مشاهده می شوند که در آن شروع به درخشیدن می کنند و در آنجا می سوزند.

شکاف باریک بعدی مزوپوز و فراتر از آن ناحیه ترموسفر است. ارتفاع آن به 700-800 کیلومتر می رسد. در اینجا دما دوباره شروع به افزایش می کند و در ارتفاعات حدود 300 کیلومتری می تواند به مقادیری در حدود 1200 درجه سانتی گراد برسد. پس از آن ثابت می ماند. یونوسفر در داخل ترموسفر تا ارتفاع حدود 400 کیلومتری قرار دارد. در اینجا هوا به دلیل قرار گرفتن در معرض تابش خورشیدی به شدت یونیزه می شود و رسانایی الکتریکی بالایی دارد.

منطقه بعدی و به طور کلی آخرین منطقه اگزوسفر است. این به اصطلاح منطقه پراکنده است. در اینجا، عمدتاً هیدروژن و هلیوم بسیار کمیاب (با غلبه هیدروژن) وجود دارد. در ارتفاعات حدود 3000 کیلومتری، اگزوسفر به خلاء فضایی نزدیک می رود.

یه جایی همینطوره چرا در مورد؟ زیرا این لایه ها نسبتاً مشروط هستند. تغییرات مختلفی در ارتفاع، ترکیب گازها، آب، دما، یونیزاسیون و غیره امکان پذیر است. علاوه بر این، اصطلاحات بسیار بیشتری وجود دارند که ساختار و وضعیت جو زمین را تعریف می کنند.

به عنوان مثال هموسفر و هتروسفر. در اولی، گازهای اتمسفر به خوبی مخلوط شده و ترکیب آنها کاملاً همگن است. دومی بالای اولی قرار دارد و عملاً چنین اختلاط در آنجا وجود ندارد. گازها توسط گرانش از هم جدا می شوند. مرز بین این لایه ها در ارتفاع 120 کیلومتری قرار دارد و به آن توربوپوز می گویند.

اجازه دهید با اصطلاحات تمام کنیم، اما من قطعا اضافه می کنم که به طور متعارف پذیرفته شده است که مرز جو در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد. این مرز خط کارمان نامیده می شود.

من دو تصویر دیگر برای نشان دادن ساختار جو اضافه خواهم کرد. با این حال، اولی به زبان آلمانی است، اما به اندازه کافی کامل و آسان برای درک است :-). می توان آن را بزرگ کرد و به خوبی در نظر گرفت. دومی تغییر دمای اتمسفر را با ارتفاع نشان می دهد.

ساختار جو زمین.

تغییر دمای هوا با ارتفاع.

فضاپیمای مداری سرنشین دار مدرن در ارتفاعات حدود 300-400 کیلومتری پرواز می کنند. با این حال، این دیگر هوانوردی نیست، اگرچه این منطقه، البته، به معنای خاصی ارتباط نزدیکی دارد، و مطمئناً دوباره در مورد آن صحبت خواهیم کرد :-).

منطقه هوانوردی تروپوسفر است. هواپیماهای جوی مدرن نیز می توانند در لایه های پایینی استراتوسفر پرواز کنند. به عنوان مثال، سقف عملی MIG-25RB 23000 متر است.

پرواز در استراتوسفر

و دقیقا خواص فیزیکی هواتروپوسفرها تعیین می کنند که پرواز چگونه خواهد بود، سیستم کنترل هواپیما چقدر موثر خواهد بود، تلاطم در جو چگونه بر آن تأثیر می گذارد، موتورها چگونه کار می کنند.

اولین ملک اصلی است دمای هوا. در دینامیک گاز می توان آن را در مقیاس سلسیوس یا در مقیاس کلوین تعیین کرد.

درجه حرارت t1در ارتفاع معین اچدر مقیاس سلسیوس تعیین می شود:

t 1 \u003d t - 6.5N، جایی که تیدمای هوا در زمین است.

دما در مقیاس کلوین نامیده می شود دمای مطلقصفر در این مقیاس صفر مطلق است. در صفر مطلق متوقف می شود حرکت حرارتیمولکول ها. صفر مطلق در مقیاس کلوین برابر با -273 درجه در مقیاس سلسیوس است.

بر این اساس، درجه حرارت تیدر بالا اچدر مقیاس کلوین تعیین می شود:

T \u003d 273K + t - 6.5H

فشار هوا. فشار اتمسفراندازه گیری در پاسکال (N / m 2)، در سیستم قدیمی اندازه گیری در اتمسفر (اتمسفر). چیزی به نام فشار هوا نیز وجود دارد. این فشاری است که با استفاده از فشارسنج جیوه بر حسب میلی متر جیوه اندازه گیری می شود. فشار بارومتریک (فشار در سطح دریا) برابر با 760 میلی متر جیوه. هنر استاندارد نامیده می شود. در فیزیک 1 اتمسفر. فقط برابر با 760 میلی متر جیوه است.

تراکم هوا. در آیرودینامیک، رایج ترین مفهوم مورد استفاده، چگالی جرم هوا است. این جرم هوا در 1 متر مکعب حجم است. چگالی هوا با ارتفاع تغییر می کند، هوا رقیق تر می شود.

رطوبت هوا. میزان آب موجود در هوا را نشان می دهد. یک مفهوم وجود دارد " رطوبت نسبی". این نسبت جرم بخار آب به حداکثر ممکن در یک دمای معین است. مفهوم 0% یعنی زمانی که هوا کاملاً خشک است به طور کلی فقط در آزمایشگاه وجود دارد. از طرف دیگر، رطوبت 100٪ کاملا واقعی است. این بدان معنی است که هوا تمام آبی را که می توانست جذب کند جذب کرده است. چیزی شبیه یک "اسفنج کامل". رطوبت نسبی بالا چگالی هوا را کاهش می دهد، در حالی که رطوبت نسبی کم باعث افزایش آن می شود.

با توجه به اینکه پروازهای هواپیما در شرایط جوی متفاوتی انجام می شود، ممکن است پارامترهای پروازی و آیرودینامیکی آنها در یک حالت پرواز متفاوت باشد. بنابراین برای ارزیابی صحیح این پارامترها به معرفی آن پرداختیم جو استاندارد بین المللی (ISA). تغییر وضعیت هوا با افزایش ارتفاع را نشان می دهد.

پارامترهای اصلی وضعیت هوا در رطوبت صفر به شرح زیر است:

فشار P = 760 میلی متر جیوه. هنر (101.3 کیلو پاسکال)؛

دما t = +15 درجه سانتیگراد (288 K)؛

چگالی جرم ρ \u003d 1.225 کیلوگرم بر متر مکعب؛

برای ISA، فرض می شود (همانطور که در بالا ذکر شد :-)) که دما در تروپوسفر 0.65 درجه به ازای هر 100 متر ارتفاع کاهش می یابد.

جو استاندارد (به عنوان مثال تا 10000 متر).

جداول ISA برای کالیبراسیون ابزارها و همچنین برای محاسبات ناوبری و مهندسی استفاده می شود.

خواص فیزیکی هواهمچنین شامل مفاهیمی مانند بی اثری، ویسکوزیته و تراکم پذیری است.

اینرسی خاصیتی از هوا است که توانایی آن در مقاومت در برابر تغییرات در حالت سکون یا حرکت یکنواخت مستقیم را مشخص می کند. . اندازه گیری اینرسی چگالی جرمی هوا است. هرچه بالاتر باشد، اینرسی و نیروی کشش محیط در هنگام حرکت هواپیما در آن بیشتر است.

ویسکوزیته مقاومت اصطکاکی در برابر هوا را هنگام حرکت هواپیما تعیین می کند.

تراکم پذیری تغییر در چگالی هوا را با تغییر فشار اندازه گیری می کند. در سرعت های پایین هواپیما (تا 450 کیلومتر در ساعت)، هنگامی که جریان هوا در اطراف آن جریان دارد، تغییری در فشار ایجاد نمی شود، اما در سرعت های بالا، اثر تراکم پذیری ظاهر می شود. تأثیر آن بر مافوق صوت به ویژه برجسته است. این یک حوزه جداگانه از آیرودینامیک و موضوعی برای یک مقاله جداگانه است :-).

خب، به نظر می رسد که فعلاً همین است ... وقت آن است که این شمارش کمی خسته کننده را به پایان برسانیم، که، با این حال، نمی توان از آن صرف نظر کرد :-). اتمسفر زمین، پارامترهای آن، خواص فیزیکی هوابرای هواپیما به اندازه پارامترهای خود دستگاه مهم هستند و غیرممکن است که به آنها اشاره نکنیم.

فعلا تا جلسات بعدی و موضوعات جذاب تر 🙂…

P.S. برای دسر، پیشنهاد می‌کنم ویدیویی را تماشا کنید که از کابین خلبان یک دوقلو MIG-25PU در حین پرواز به استراتوسفر فیلم‌برداری شده است. ظاهراً توسط توریستی فیلمبرداری شده است که برای چنین پروازهایی پول دارد :-). بیشتر از روی شیشه جلو فیلمبرداری شده است. به رنگ آسمان توجه کنید...