Vertikali atmosferos struktūra. Kondensacijos ir sublimacijos lygių aukščio nustatymas Temperatūros pokytis nuo aukščio

Siekiant šiek tiek supaprastinti klausimo svarstymą, atmosfera suskirstyta į tris pagrindinius sluoksnius. Atmosferos stratifikacija visų pirma yra netolygių oro temperatūros pokyčių su aukščiu rezultatas. Apatiniai du sluoksniai yra gana vienodos sudėties. Dėl šios priežasties paprastai sakoma, kad jie sudaro homosferą.

Troposfera. Apatinis atmosferos sluoksnis vadinamas troposfera. Pats šis terminas reiškia „sukimosi sferą" ir yra susijęs su šio sluoksnio turbulencijos savybėmis. Visi oro ir klimato pokyčiai yra šiame sluoksnyje vykstančių fizikinių procesų rezultatas. XVIII a., nuo atmosferos tyrimo. buvo apsiribota tik šiuo sluoksniu, buvo manoma, kad oro temperatūros mažėjimas didėjant aukščiui būdingas likusiai atmosferos daliai.

Įvairios energijos transformacijos pirmiausia vyksta troposferoje. Dėl nuolatinio oro sąlyčio su žemės paviršiumi, taip pat energijos įtekėjimo į jį iš kosmoso, jis pradeda judėti. Viršutinė šio sluoksnio riba yra ten, kur temperatūros mažėjimą su aukščiu pakeičia jos padidėjimas - maždaug 15-16 km aukštyje virš pusiaujo ir 7-8 km virš ašigalių. Kaip ir pati Žemė, veikiama mūsų planetos sukimosi, ji taip pat šiek tiek išsilygina virš ašigalių ir išsipučia virš pusiaujo. Tačiau šis poveikis atmosferoje yra daug stipresnis nei kietame Žemės apvalkale.

Kryptimi nuo Žemės paviršiaus iki viršutinės troposferos ribos oro temperatūra mažėja. Virš pusiaujo minimali oro temperatūra apie –62°C, o virš ašigalių – apie –45°C. Tačiau, priklausomai nuo matavimo taško, temperatūra gali šiek tiek skirtis. Taigi virš Javos salos, ties viršutine troposferos riba, oro temperatūra nukrenta iki rekordiškai žemos -95°C.

Viršutinė troposferos riba vadinama tropopauze. Daugiau nei 75% atmosferos masės yra žemiau tropopauzės. Tropikuose apie 90% atmosferos masės yra troposferoje.

Tropopauzė buvo atrasta 1899 m., kai vertikalioje temperatūros profilyje tam tikrame aukštyje buvo nustatytas jos minimumas, o vėliau temperatūra šiek tiek pakilo. Šio padidėjimo pradžia reiškia perėjimą į kitą atmosferos sluoksnį – į stratosferą.

Stratosfera. Terminas „stratosfera“ reiškia „sluoksnio sferą“ ir atspindi ankstesnę idėją apie sluoksnio, esančio virš troposferos, unikalumą. Stratosfera tęsiasi iki maždaug 50 km aukščio virš žemės paviršiaus. Jos bruožas yra ypač aštrus. oro temperatūros padidėjimas, palyginti su itin žemomis vertėmis tropopauzėje. Stratosferoje temperatūra pakyla iki maždaug -40 °C. Šis temperatūros padidėjimas paaiškinamas ozono susidarymo reakcija – viena iš pagrindinių cheminės reakcijos atsirandantys atmosferoje.

Ozonas yra ypatinga deguonies forma. Skirtingai nuo įprastos dviatominės deguonies molekulės (O2). ozonas susideda iš jo triatominių molekulių (Oz). Tai atsiranda dėl paprasto deguonies sąveikos su deguonimi, patenkančiu į viršutines atmosferos dalis.

Didžioji ozono dalis yra susitelkusi maždaug 25 km aukštyje, tačiau apskritai ozono sluoksnis yra stipriai išilgai aukščio ištemptas apvalkalas, apimantis beveik visą stratosferą. Ozonosferoje ultravioletiniai spinduliai dažniausiai ir stipriausiai sąveikauja su atmosferos deguonimi. sukelia įprastų dviatomių deguonies molekulių suirimą į atskirus atomus. Savo ruožtu deguonies atomai dažnai vėl prisijungia prie dviatominių molekulių ir sudaro ozono molekules. Lygiai taip pat atskiri deguonies atomai sujungiami į dviatomes molekules. Ozono susidarymo intensyvumas yra pakankamas, kad stratosferoje egzistuotų didelės koncentracijos sluoksnis.

Deguonies sąveika su ultravioletiniais spinduliais yra vienas iš palankių procesų žemės atmosferoje, kuris prisideda prie gyvybės Žemėje palaikymo. Šios energijos sugėrimas ozonu užkerta kelią per dideliam jos nutekėjimui į žemės paviršių, kur susidaro būtent toks energijos lygis, tinkamas egzistuoti. žemiškos formos gyvenimą. Galbūt praeityje Žemė gavo didelis kiekis energijos nei dabar, o tai turėjo įtakos pirminių gyvybės formų atsiradimui mūsų planetoje. Tačiau šiandieniniai gyvi organizmai nebūtų išgyvenę didesnio kiekio ultravioletinės spinduliuotės iš Saulės.

Ozonosfera sugeria dalį, kuri praeina per atmosferą. Dėl to ozonosferoje susidaro maždaug 0,62 ° C vertikalus oro temperatūros gradientas 100 m, t. y. temperatūra didėja su aukščiu iki viršutinės stratosferos ribos - stratopauzės (50 km).

50–80 km aukštyje yra atmosferos sluoksnis, vadinamas mezosfera. Žodis „mezosfera“ reiškia „tarpinė sfera“, čia oro temperatūra toliau mažėja didėjant aukščiui.

Virš mezosferos, sluoksnyje, vadinamame termosfera, temperatūra vėl pakyla iki maždaug 1000°C, o vėliau labai greitai nukrenta iki -96°C. Tačiau nenukrenta be galo, tada temperatūra vėl pakyla.

Atmosferos padalijimą į atskirus sluoksnius gana nesunku pastebėti pagal temperatūrų kaitos su aukščiu kiekviename sluoksnyje ypatybes.

Skirtingai nuo anksčiau minėtų sluoksnių, jonosfera nėra išryškinta. pagal temperatūrą. Pagrindinis bruožas jonosfera – didelis atmosferos dujų jonizacijos laipsnis. Šią jonizaciją sukelia įvairių dujų atomų absorbcija saulės energijai. Ultravioletiniai ir kiti saulės spinduliai, nešantys didelės energijos kvantus, patekę į atmosferą, jonizuoja azoto ir deguonies atomus – išorinėse orbitose esantys elektronai atitrūksta nuo atomų. Prarasdamas elektronus, atomas įgyja teigiamą krūvį. Jei prie atomo pridedamas elektronas, atomas tampa neigiamai įkrautas. Taigi jonosfera yra elektrinio pobūdžio regionas, kurio dėka tampa įmanoma daugybe radijo ryšio tipų.

Jonosfera yra padalinta į kelis sluoksnius, žymint juos raidėmis D, E, F1 ir F2. Šie sluoksniai taip pat turi specialius pavadinimus. Skirstymąsi į sluoksnius lemia kelios priežastys, tarp kurių svarbiausia yra nevienoda sluoksnių įtaka radijo bangų pralaidumui. Žemiausias sluoksnis D daugiausia sugeria radijo bangas ir taip neleidžia joms plisti.

Geriausiai ištirtas sluoksnis E yra maždaug 100 km aukštyje virš žemės paviršiaus. Jis taip pat vadinamas Kennelly-Heaviside sluoksniu pagal amerikiečių ir anglų mokslininkų, kurie vienu metu ir nepriklausomai atrado jį, vardų. E sluoksnis, kaip milžiniškas veidrodis, atspindi radijo bangas. Dėl šio sluoksnio ilgos radijo bangos nukeliauja didesnius atstumus, nei būtų galima tikėtis, jei jos sklistų tik tiesia linija, neatsispindėdamos nuo E sluoksnio.

Panašių savybių turi ir sluoksnis F. Jis taip pat vadinamas Appleton sluoksniu. Kartu su Kennelly-Heaviside sluoksniu jis atspindi radijo bangas antžeminėms radijo stotims.Toks atspindys gali vykti įvairiais kampais. Appletono sluoksnis yra maždaug 240 km aukštyje.

Tolimiausias atmosferos regionas dažnai vadinamas egzosfera.

Šis terminas rodo kosmoso pakraščius šalia Žemės. Sunku tiksliai nustatyti, kur baigiasi ir prasideda kosmosas, nes atmosferos dujų tankis palaipsniui mažėja didėjant aukščiui ir pats sklandžiai virsta beveik vakuumu, kuriame susitinka tik atskiros molekulės. Su atstumu nuo žemės paviršiaus Atmosferos dujos patiria vis mažesnę planetos gravitaciją ir iš tam tikro aukščio linkusios palikti Žemės gravitacinį lauką. Jau maždaug 320 km aukštyje atmosferos tankis toks mažas, kad molekulės gali nukeliauti daugiau nei 1 km nesusidurdamos viena su kita. Tolimiausia atmosferos dalis yra jos viršutinė riba, kuri yra nuo 480 iki 960 km aukštyje.

Troposferoje oro temperatūra didėjant aukščiui mažėja, kaip pažymėta, kas 100 m aukščio vidutiniškai 0,6 ° C. Tačiau paviršiniame sluoksnyje temperatūros pasiskirstymas gali būti skirtingas: gali mažėti arba didėti, ir išlikti. pastovi temperatūra su aukščiu suteikia vertikalų temperatūros gradientą (VGT):

VGT = (/ „ - /B)/(ZB -

kur /n - /v - temperatūros skirtumas apatiniame ir viršutiniame lygiuose, ° С; ZB - ZH- aukščio skirtumas, m Paprastai VGT skaičiuojamas 100 m aukščio.

Paviršiniame atmosferos sluoksnyje VGT gali būti 1000 kartų didesnis nei troposferos vidurkis.

VGT vertė paviršiniame sluoksnyje priklauso nuo oro sąlygų (giedru oru ji didesnė nei debesuota), sezono (vasarą daugiau nei žiemą) ir paros meto (dieną daugiau nei naktį). Vėjas sumažina VGT, nes maišant orą jo temperatūra išlyginama skirtinguose aukščiuose. Virš drėgnos dirvos WGT paviršiniame sluoksnyje smarkiai sumažėja, o plikoje dirvoje (pūdyme) WGT yra didesnis nei ant tankių pasėlių ar pievų. Taip yra dėl šių paviršių temperatūros režimo skirtumų (žr. 3 sk.).

Dėl tam tikro šių veiksnių derinio VGT šalia paviršiaus 100 m aukščio atžvilgiu gali būti daugiau nei 100 ° C / 100 m. Tokiais atvejais atsiranda šiluminė konvekcija.

Oro temperatūros pokytis su aukščiu nulemia UGT ženklą: jei UGT > 0, tai temperatūra mažėja didėjant atstumui nuo aktyvaus paviršiaus, o tai dažniausiai būna dienos metu ir vasarą (4.4 pav.); jei VGT = 0, tai temperatūra nesikeičia su aukščiu; jei VGT< 0, то температура увеличивается с высотой и такое рас­пределение температуры называют инверсией.

Atsižvelgiant į inversijų susidarymo sąlygas paviršiniame atmosferos sluoksnyje, jos skirstomos į radiacines ir advektyviąsias.

1. Spinduliuotės inversijos atsiranda žemės paviršiaus radiacinio aušinimo metu. Tokios inversijos šiltuoju metų periodu susidaro naktį, o žiemą stebimos ir dieną. Todėl radiacinės inversijos skirstomos į naktines (vasarines) ir žiemines.

Naktinės inversijos nustatomos esant giedram ramiam orui, radiacijos balansui perėjus per 0 1,0...1,5 valandos prieš saulėlydį. Nakties metu jie sustiprėja ir pasiekia didžiausią galią prieš saulėtekį. Po saulėtekio aktyvus paviršius ir oras sušyla, o tai sunaikina inversiją. Inversinio sluoksnio aukštis dažniausiai siekia keliasdešimt metrų, tačiau tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, uždaruose slėniuose, apsuptuose reikšmingų pakilimų) jis gali siekti 200 m ir daugiau. Tai palengvina atvėsusio oro srautas iš šlaitų į slėnį. Debesuotumas silpnina inversiją, o didesnis nei 2,5...3,0 m/s vėjo greitis ją ardo. Po tankių žolynų, pasėlių, taip pat vasarą miškų laja, dieną taip pat pastebimi inversijos.

Naktinės spinduliuotės inversijos pavasarį ir rudenį, o kai kuriose vietose vasarą gali sukelti dirvožemio ir oro paviršiaus temperatūros sumažėjimą. neigiamos reikšmės(šalnas), dėl ko pažeidžiami daugelis kultūrinių augalų.

Žiemos inversijos įvyksta giedru, ramiu oru trumpomis dienos sąlygomis, kai aktyvaus paviršiaus atšalimas nuolat didėja kiekvieną dieną; jie gali išlikti kelias savaites, dieną šiek tiek susilpnėdami, o naktį vėl padidėdami.

Spinduliuotės inversijos ypač sustiprėja esant smarkiai nehomogeniškam reljefui. Vėsinantis oras teka žemyn į įdubas ir baseinus, kur susilpnėjęs turbulentinis maišymasis prisideda prie tolesnio jo aušinimo. Radiacinės inversijos, susijusios su reljefo ypatybėmis, paprastai vadinamos orografinėmis.

2. Šilto oro advekcijos (judėjimo) metu ant šalto apatinio paviršiaus susidaro advekcinės inversijos, kurios aušina greta jo besiveržiančio oro sluoksnius. Šios inversijos taip pat apima sniego inversijas. Jie atsiranda aukštesnės nei 0 °C temperatūros oro advekcijos metu į sniegu padengtą paviršių. Temperatūros sumažėjimas žemiausiame sluoksnyje šiuo atveju yra susijęs su šilumos sąnaudomis tirpstant sniegui.

TEMPERATŪROS REŽIMO RODIKLIAI ŠIOJE VIETOJE IR AUGALŲ POREIKIAI ŠILUMUI

Vertinant temperatūros režimą didelis plotas arba atskiras taškas, temperatūros charakteristikos naudojamos metams arba atskiriems laikotarpiams (vegetacijos periodui, sezonui, mėnesiui, dešimtmečiui ir dienai). Pagrindiniai iš šių rodiklių yra šie.

Vidutinė paros temperatūra yra temperatūrų, išmatuotų visais stebėjimo laikotarpiais, aritmetinis vidurkis. Meteorologijos stotyse Rusijos Federacija oro temperatūra matuojama aštuonis kartus per dieną. Susumavus šių matavimų rezultatus ir padalijus sumą iš 8, gaunama vidutinė paros oro temperatūra.

Vidutinė mėnesio temperatūra yra visos mėnesio dienos vidutinės paros temperatūros aritmetinis vidurkis.

Vidutinė metinė temperatūra yra visų metų vidutinės paros (arba vidutinės mėnesio) temperatūros aritmetinis vidurkis.

Vidutinė oro temperatūros kodas suteikia tik bendrą supratimą apie šilumos kiekį, jis neapibūdina metinės temperatūros svyravimų. Taigi vidutinė metinė temperatūra Airijos pietuose ir Kalmikijos stepėse, esančiose toje pačioje platumoje, yra artima (9 ° C). Tačiau Airijoje vidutinė sausio mėnesio temperatūra yra 5 ... 8 "C, o pievos žaliuoja visą žiemą, o Kalmikijos stepėse - -5 ... -8 ° C. Vasarą Airijoje vėsu: 14 °C, o vidutinė liepos mėnesio temperatūra Kalmikijoje 23...26 °C.

Todėl daugiau pilnos savybės metinė temperatūrų eiga tam tikroje vietoje naudoja duomenis apie šalčiausio (sausio) ir šilčiausio (liepos) mėnesių vidutinę temperatūrą.

Tačiau visos vidutinės charakteristikos nesuteikia tikslaus supratimo apie paros ir metinės temperatūros eigą, t.y. tik apie sąlygas, kurios yra ypač svarbios žemės ūkio gamybai. Be vidutinių temperatūrų yra maksimali ir minimali temperatūra, amplitudė. Pavyzdžiui, žinant minimalią temperatūrą žiemos mėnesiais, galima spręsti apie žiemkenčių ir vaisių bei uogų plantacijų žiemojimo sąlygas. Duomenys apie maksimali temperatūra parodyti atlydžių dažnumą žiemą ir jų intensyvumą, o vasarą – karštų dienų skaičių, kai galima grūdų pažeidimas pildymo laikotarpiu ir kt.

Esant ekstremalioms temperatūroms, yra: absoliutus maksimumas (minimalus) – aukščiausia (žemiausia) temperatūra per visą stebėjimo laikotarpį; absoliučių maksimumų vidurkis (minimalumas) - absoliučių kraštutinumų aritmetinis vidurkis; vidutinis maksimumas (minimalus) – visų ekstremalių temperatūrų, pavyzdžiui, mėnesio, sezono, metų, aritmetinis vidurkis. Tuo pačiu metu jie gali būti skaičiuojami tiek už ilgalaikį stebėjimo laikotarpį, tiek už faktinį mėnesį, metus ir kt.

Kasdienių ir metinių temperatūrų kitimo amplitudė apibūdina žemyninio klimato laipsnį: kuo didesnė amplitudė, tuo žemyninis klimatas.

Temperatūros režimo tam tikroje vietovėje charakteristika tam tikrą laikotarpį taip pat yra vidutinių paros temperatūrų, viršijančių arba žemiau tam tikros ribos, suma. Pavyzdžiui, klimato žinynuose ir atlasuose temperatūrų sumos pateikiamos virš 0, 5, 10 ir 15 ° C, taip pat žemiau -5 ir -10 ° C.

Vizualus vaizdas geografinis pasiskirstymas temperatūros režimo rodikliai pateikiami žemėlapiuose, kuriuose brėžiamos izotermos - vienodų temperatūrų reikšmių linijos ir temperatūrų sumos (4.7 pav.). Pavyzdžiui, temperatūrų sumų žemėlapiai naudojami kultūrinių augalų, kuriems keliami skirtingi šilumos reikalavimai, pasėlių (sodinimo) išdėstymui pagrįsti.

Norint išsiaiškinti būtinas augalams šilumines sąlygas, taip pat naudojamos dienos ir nakties temperatūrų sumos, nes vidutinė paros temperatūra ir jos sumos išlygina šilumos skirtumus. kasdienis kursas oro temperatūra.

Šiluminio režimo tyrimas atskirai dienai ir nakčiai turi gilią fiziologinę reikšmę. Yra žinoma, kad visi procesai, vykstantys augalų ir gyvūnų pasaulyje, yra pavaldūs natūraliems ritmams, kuriuos lemia išorinės sąlygos, tai yra, jiems galioja vadinamojo „biologinio“ laikrodžio dėsnis. Pavyzdžiui, pagal (1964), esant optimalioms atogrąžų augalų augimo sąlygoms, dienos ir nakties temperatūrų skirtumas turėtų būti 3 ... 5 ° C, augalams vidutinio klimato zona-5...7, o dykumos augalams - 8 °С ir daugiau. Dienos ir nakties temperatūrų tyrimas įgyja ypatinga prasmė padidinti žemės ūkio augalų produktyvumą, kurį lemia dviejų procesų – asimiliacijos ir kvėpavimo, vykstančių augalams kokybiškai skirtingu šviesiu ir tamsiu paros metu, santykis.

Apskaičiuojant vidutines dienos ir nakties temperatūras bei jų sumas netiesiogiai atsižvelgiama į dienos ir nakties ilgio platumos kintamumą, taip pat į klimato kontinentiškumo pokyčius ir įvairių reljefo formų įtaką temperatūros režimui.

Vidutinių paros oro temperatūrų sumos, kurios yra artimos porai meteorologijos stočių, esančių maždaug toje pačioje platumoje, bet labai skiriasi ilguma, t.y. įvairios sąlygos klimato kontinentalumas pateikti 4.1 lentelėje.

Žemyniškesniuose rytiniuose regionuose dienos temperatūrų sumos yra 200–500 °C didesnės, o nakties – 300 °C žemesnės nei vakariniuose ir ypač jūriniuose regionuose, o tai paaiškina ilgą laiką. žinomas faktas- paspartinti žemės ūkio kultūrų vystymąsi smarkiai žemyninio klimato sąlygomis.

Augalų šilumos poreikis išreiškiamas aktyvių ir efektyvių temperatūrų sumomis. Žemės ūkio meteorologijoje aktyvioji temperatūra yra vidutinė paros oro (arba dirvožemio) temperatūra, viršijanti pasėlių vystymosi biologinį minimumą. Efektyvioji temperatūra yra vidutinė paros oro (arba dirvožemio) temperatūra, sumažinta biologinio minimumo reikšme.

Augalai vystosi tik tuo atveju, jei vidutinė paros temperatūra viršija jų biologinį minimumą, kuris yra, pavyzdžiui, 5 ° C vasariniams kviečiams, 10 ° C kukurūzams ir 13 ° C medvilnei (15 ° C pietinių veislių medvilnei). Daugelio pagrindinių kultūrų veislių ir hibridų aktyvių ir efektyvių temperatūrų sumos nustatytos tiek atskiriems tarpfaziniams laikotarpiams, tiek visam vegetacijos sezonui (11.1 lentelė).

Per aktyvių ir efektyvių temperatūrų sumas taip pat išreiškiamas poikiloterminių (šaltakraujų) organizmų šilumos poreikis tiek ontogenetiniam periodui, tiek šimtmečiams. biologinis ciklas.

Skaičiuojant vidutinių paros temperatūrų, apibūdinančių augalų ir poikiloterminių organizmų šilumos poreikį, sumas, būtina įvesti balastinių temperatūrų korekciją, kuri „nepagreitina augimo ir vystymosi, t.y. atsižvelgiama į viršutinį pasėlių temperatūros lygį“. ir organizmams.Daugumai vidutinio klimato zonos augalų ir kenkėjų tai bus vidutinė paros temperatūra, viršijanti 20 ... 25 °C.

Užduotis:

Yra žinoma, kad 750 metrų aukštyje virš jūros lygio temperatūra +22 o C. Nustatykite oro temperatūrą aukštyje:

a) 3500 metrų virš jūros lygio

b) 250 metrų virš jūros lygio

Sprendimas:

Žinome, kad kai aukštis pasikeičia 1000 metrų (1 km), oro temperatūra pasikeičia 6 ° C. Be to, didėjant aukščiui, oro temperatūra mažėja, o mažėjant – kyla.

a) 1. Nustatykite aukščio skirtumą: 3500 m -750 m = 2750 m = 2,75 km

2. Nustatykite oro temperatūrų skirtumą: 2,75 km × 6 o C = 16,5 o C

3. Nustatykite oro temperatūrą 3500 m aukštyje: 22 ° C - 16,5 ° C \u003d 5,5 ° C

Atsakymas: 3500 m aukštyje oro temperatūra 5,5 o C.

b) 1. Nustatykite aukščio skirtumą: 750 m -250 m = 500 m = 0,5 km

2. Nustatykite oro temperatūrų skirtumą: 0,5 km × 6 o C = 3 o C

3. Nustatykite oro temperatūrą 250 m aukštyje: 22 o C + 3 o C = 25 o C

Atsakymas: 250 m aukštyje oro temperatūra yra 25 ° C.

2. Atmosferos slėgio, priklausomai nuo aukščio, nustatymas

Užduotis:

Yra žinoma, kad 2205 metrų aukštyje virš jūros lygio atmosferos slėgis yra 550 mm. gyvsidabrio kolona. Nustatykite atmosferos slėgį aukštyje:

a) 3255 metrai virš jūros lygio

b) 0 metrų virš jūros lygio

Sprendimas:

Žinome, kad, pasikeitus 10,5 metro aukščiui, atmosferos slėgis pasikeičia 1 mm Hg. Art. Be to, didėjant aukščiui, atmosferos slėgis mažėja, o mažėjant - didėja.

a) 1. Nustatykite aukščio skirtumą: 3255 m - 2205 m = 1050 m

2. Nustatykite atmosferos slėgio skirtumą: 1050 m: 10,5 m = 100 mm Hg.

3. Nustatykite atmosferos slėgį 3255 m aukštyje: 550 mm Hg. - 100 mm Hg = 450 mmHg

Atsakymas: 3255 m aukštyje atmosferos slėgis yra 450 mmHg.

b) 1. Nustatykite aukščio skirtumą: 2205 m - 0 m = 2205 m

2. Nustatykite atmosferos slėgio skirtumą: 2205 m: 10,5 m = 210 mm Hg. Art.

3. Nustatykite atmosferos slėgį 0 m aukštyje: 550 mm Hg. + 210 mmHg Art. = 760 mmHg Art.

Atsakymas: 0 m aukštyje atmosferos slėgis yra 760 mm Hg.

3. Beaufort skalė

(vėjo greičio skalė)

Troposferoje oro temperatūra mažėja didėjant aukščiui, kaip pažymėta, vidutiniškai 0,6 ºС kas 100 m aukščio. Tačiau paviršiniame sluoksnyje temperatūros pasiskirstymas gali būti skirtingas: gali ir mažėti, ir didėti, ir išlikti pastovus. Temperatūros pasiskirstymo su aukščiu idėją pateikia vertikalus temperatūros gradientas (VGT):

VGT vertė paviršiniame sluoksnyje priklauso nuo oro sąlygų (giedru oru ji didesnė nei debesuota), sezono (vasarą daugiau nei žiemą) ir paros meto (dieną daugiau nei naktį). Vėjas sumažina VGT, nes maišant orą jo temperatūra išlyginama skirtinguose aukščiuose. Virš drėgnos dirvos WGT paviršiniame sluoksnyje smarkiai sumažėja, o plikoje dirvoje (pūdyme) WGT yra didesnis nei ant tankių pasėlių ar pievų. Taip yra dėl šių paviršių temperatūros režimo skirtumų.

Oro temperatūros pokytis su aukščiu lemia UGT ženklą: jei UGT > 0, tai temperatūra mažėja didėjant atstumui nuo aktyvaus paviršiaus, o tai dažniausiai būna dienos metu ir vasarą; jei VGT = 0, tai temperatūra nesikeičia su aukščiu; jei VGT< 0, то температура увеличивается с высотой и такое распределение температуры называют инверсией.

Atsižvelgiant į inversijų susidarymo sąlygas paviršiniame atmosferos sluoksnyje, jos skirstomos į radiacines ir advektyviąsias.

1. Radiacija inversijos atsiranda radiacinio žemės paviršiaus aušinimo metu. Tokios inversijos šiltuoju metų periodu susidaro naktį, o žiemą stebimos ir dieną. Todėl radiacinės inversijos skirstomos į naktines (vasarines) ir žiemines.

2. AdvektyvusŠilto oro advekcijos (judėjimo) metu ant šalto apatinio paviršiaus susidaro inversijos, kurios atvėsina greta jo sklindančio oro sluoksnius. Šios inversijos taip pat apima sniego inversijas. Jie atsiranda orui, kurio temperatūra aukštesnė nei 0°C, patenkant į sniegu padengtą paviršių. Temperatūros sumažėjimas žemiausiame sluoksnyje šiuo atveju yra susijęs su šilumos suvartojimu sniegui tirpdyti.

Oro temperatūros matavimas

Meteorologijos stotyse termometrai įrengiami specialioje kabinoje, vadinamoje psichometrine kabina, kurios sienos yra žaliuzėmis. Saulės spinduliai į tokią būdelę neprasiskverbia, tačiau tuo pačiu oras turi laisvą prieigą prie jos.

Termometrai montuojami ant trikojo taip, kad bakai būtų 2 m aukštyje nuo aktyvaus paviršiaus.

Skubi oro temperatūra matuojama gyvsidabrio psichrometriniu termometru TM-4, kuris sumontuotas vertikaliai. Esant žemesnei nei -35°C temperatūrai, naudojamas žemo laipsnio alkoholio termometras TM-9.

Ekstremalios temperatūros matuojamos maksimaliais TM-1 ir minimaliais TM-2 termometrais, kurie yra išdėstyti horizontaliai.

Nuolatiniam oro temperatūros registravimui termografas M-16A, kuris yra patalpintas grotelėmis išklotoje magnetofonų kabinoje. Priklausomai nuo būgno sukimosi greičio, termografai yra kasdien ir kas savaitę.

Pasėliuose ir želdiniuose oro temperatūra matuojama nepažeidžiant augalinės dangos. Tam naudojamas aspiracinis psichrometras.

Mėlyna planeta...

Ši tema turėjo pasirodyti svetainėje viena iš pirmųjų. Juk sraigtasparniai yra atmosferiniai lėktuvai. Žemės atmosfera- jų, taip sakant, buveinė :-). A fizines savybes oro tiesiog nustatykite šios buveinės kokybę :-). Taigi tai yra vienas iš pagrindinių dalykų. O pagrindas visada rašomas pirmas. Bet aš tai supratau tik dabar. Tačiau geriau, kaip žinia, vėliau, nei niekada... Palieskime šį klausimą, bet nesiveldami į gamtą ir bereikalingų sunkumų :-).

Taigi… Žemės atmosfera. Tai dujinis mūsų mėlynosios planetos apvalkalas. Visi žino šį vardą. Kodėl mėlyna? Tiesiog todėl, kad „mėlynoji“ (taip pat mėlyna ir violetinė) saulės šviesos komponentas (spektras) yra geriausiai išsklaidytas atmosferoje, todėl nuspalvina ją melsvai melsva, kartais su violetine atspalviu (žinoma, saulėtą dieną). :-)) .

Žemės atmosferos sudėtis.

Atmosferos sudėtis gana plati. Visų komponentų tekste neišvardinsiu, tam yra gera iliustracija.Visų šių dujų sudėtis beveik pastovi, išskyrus anglies dioksidą (CO 2 ). Be to, atmosferoje būtinai yra vandens garų, suspenduotų lašelių ar ledo kristalų pavidalu. Vandens kiekis nėra pastovus ir priklauso nuo temperatūros ir, kiek mažiau, nuo oro slėgio. Be to, Žemės atmosferoje (ypač dabartinėje) irgi yra tam tikras kiekis, sakyčiau "visokios nešvaros" :-). Tai SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, be to yra gyvsidabrio garų Hg. Tiesa, viso to ten nedideliais kiekiais, ačiū Dievui :-).

Žemės atmosfera padalintas į keletą sekantis draugas vienas po kito aukštyje virš zonų paviršiaus.

Pirmoji, esanti arčiausiai žemės, yra troposfera. Tai yra žemiausias ir, galima sakyti, pagrindinis gyvenimo sluoksnis. skirtingos rūšies. Jame yra 80% visos masės atmosferos oras(nors pagal tūrį jis sudaro tik apie 1% visos atmosferos) ir apie 90% viso atmosferos vandens. Didžioji dalis visų vėjų, debesų, liūčių ir sniego 🙂 kyla iš ten. Troposfera tęsiasi iki maždaug 18 km aukščio atogrąžų platumose ir iki 10 km aukščio poliarinėse platumose. Oro temperatūra jame nukrenta maždaug 0,65º kas 100 m.

atmosferos zonos.

Antroji zona yra stratosfera. Turiu pasakyti, kad tarp troposferos ir stratosferos išskiriama dar viena siaura zona – tropopauzė. Jis sustabdo temperatūros kritimą dėl aukščio. Tropopauzės vidutinis storis yra 1,5–2 km, tačiau jos ribos yra neaiškios, o troposfera dažnai persidengia su stratosfera.

Taigi stratosferos vidutinis aukštis yra nuo 12 km iki 50 km. Temperatūra jame iki 25 km išlieka nepakitusi (apie -57ºС), tada kai kur iki 40 km pakyla iki maždaug 0ºС ir toliau iki 50 km išlieka nepakitusi. Stratosfera yra gana rami žemės atmosferos dalis. Jame nepalankių oro sąlygų praktiškai nėra. Būtent stratosferoje garsusis ozono sluoksnis yra nuo 15-20 km iki 55-60 km aukštyje.

Po to seka nedidelė ribinio sluoksnio stratopauzė, kurioje temperatūra išlieka apie 0ºС, o tada sekanti zona yra mezosfera. Jis tęsiasi iki 80–90 km aukščio, o jame temperatūra nukrenta iki maždaug 80ºС. Mezosferoje dažniausiai tampa matomi nedideli meteorai, kurie joje pradeda švytėti ir perdega.

Kitas siauras tarpas yra mezopauzė ir už jos termosferos zona. Jo aukštis siekia 700-800 km. Čia temperatūra vėl pradeda kilti ir maždaug 300 km aukštyje ji gali pasiekti 1200ºС reikšmes. Vėliau jis išlieka pastovus. Jonosfera yra termosferos viduje iki maždaug 400 km aukščio. Čia oras yra stipriai jonizuotas dėl saulės spinduliuotės poveikio ir turi didelį elektros laidumą.

Kita ir apskritai paskutinė zona yra egzosfera. Tai vadinamoji sklaidos zona. Čia daugiausia yra labai reto vandenilio ir helio (vyrauja vandenilis). Maždaug 3000 km aukštyje egzosfera pereina į artimojo kosmoso vakuumą.

Kažkur taip yra. Kodėl apie? Kadangi šie sluoksniai yra gana sąlyginiai. Galimi įvairūs aukščio, dujų, vandens, temperatūros, jonizacijos ir tt pokyčiai. Be to, yra daug daugiau terminų, apibrėžiančių žemės atmosferos struktūrą ir būklę.

Pavyzdžiui, homosfera ir heterosfera. Pirmajame atmosferos dujos yra gerai sumaišytos ir jų sudėtis yra gana vienalytė. Antrasis yra virš pirmojo ir ten tokio maišymo praktiškai nėra. Dujos yra atskirtos gravitacijos būdu. Riba tarp šių sluoksnių yra 120 km aukštyje ir vadinama turbopauze.

Pabaikime terminais, bet būtinai pridursiu, kad sutartinai priimta, kad atmosferos riba yra 100 km aukštyje virš jūros lygio. Ši siena vadinama Karmano linija.

Atmosferos struktūrai iliustruoti pridėsiu dar dvi nuotraukas. Tačiau pirmasis yra vokiečių kalba, tačiau jis yra išsamus ir pakankamai lengvai suprantamas :-). Jis gali būti padidintas ir gerai apgalvotas. Antrasis rodo atmosferos temperatūros pokyčius priklausomai nuo aukščio.

Žemės atmosferos sandara.

Oro temperatūros pokytis priklausomai nuo aukščio.

Šiuolaikiniai pilotuojami orbitiniai erdvėlaiviai skrenda maždaug 300-400 km aukštyje. Tačiau tai jau ne aviacija, nors sritis, žinoma, tam tikra prasme glaudžiai susijusi, ir apie tai tikrai dar pakalbėsime :-).

Aviacijos zona yra troposfera. Šiuolaikiniai atmosferiniai orlaiviai gali skristi ir apatiniuose stratosferos sluoksniuose. Pavyzdžiui, praktinės MIG-25RB lubos yra 23000 m.

Skrydis stratosferoje.

Ir tiksliai fizinės oro savybės troposferos nulemia, kaip bus skrydis, kiek efektyvi bus orlaivio valdymo sistema, kaip ją paveiks turbulencija atmosferoje, kaip veiks varikliai.

Pirmasis pagrindinis turtas yra oro temperatūra. Dujų dinamikoje jį galima nustatyti pagal Celsijaus skalę arba Kelvino skalę.

Temperatūra t1 tam tikrame aukštyje H Celsijaus skalėje nustatoma:

t 1 \u003d t - 6,5 N, Kur t yra oro temperatūra žemėje.

Temperatūra pagal Kelvino skalę vadinama absoliuti temperatūra Nulis šioje skalėje yra absoliutus nulis. Sustoja ties absoliučiu nuliu terminis judėjimas molekulių. Absoliutus nulis Kelvino skalėje atitinka -273º Celsijaus skalėje.

Atitinkamai, temperatūra T aukštai H Kelvino skalėje nustatoma:

T \u003d 273 K + t - 6,5 H

Oro slėgis. Atmosferos slėgis matuojama paskaliais (N / m 2), pagal senąją matavimo sistemą atmosferose (atm.). Taip pat yra toks dalykas kaip barometrinis slėgis. Tai gyvsidabrio barometru išmatuotas slėgis gyvsidabrio milimetrais. Barometrinis slėgis (slėgis jūros lygyje) lygus 760 mm Hg. Art. vadinamas standartiniu. Fizikoje 1 atm. lygiai 760 mm Hg.

Oro tankis. Aerodinamikoje dažniausiai naudojama oro masės tankio sąvoka. Tai oro masė 1 m3 tūrio. Oro tankis kinta didėjant aukščiui, oras retėja.

Oro drėgmė. Rodo vandens kiekį ore. Yra koncepcija" santykinė drėgmė“. Tai yra vandens garų masės ir didžiausios galimos tam tikroje temperatūroje santykis. 0% sąvoka, tai yra, kai oras yra visiškai sausas, apskritai gali egzistuoti tik laboratorijoje. Kita vertus, 100% drėgmė yra visiškai tikra. Tai reiškia, kad oras sugėrė visą vandenį, kurį galėjo sugerti. Kažkas panašaus į absoliučiai „pilną kempinę“. Didelė santykinė drėgmė sumažina oro tankį, o žema santykinė oro drėgmė jį atitinkamai padidina.

Dėl to, kad orlaivių skrydžiai vyksta skirtingomis atmosferos sąlygomis, jų skrydis ir aerodinaminiai parametrai vienu skrydžio režimu gali skirtis. Todėl, norėdami teisingai įvertinti šiuos parametrus, pristatėme Tarptautinė standartinė atmosfera (ISA). Tai rodo oro būklės kitimą kylant aukščiui.

Pagrindiniai oro būsenos parametrai esant nulinei drėgmei laikomi taip:

slėgis P = 760 mm Hg. Art. (101,3 kPa);

temperatūra t = +15°C (288 K);

masės tankis ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

ISA atveju daroma prielaida (kaip minėta aukščiau :-)), kad temperatūra troposferoje nukrenta 0,65º kas 100 metrų aukščio.

Standartinė atmosfera (pavyzdžiui, iki 10000 m).

ISA lentelės naudojamos prietaisams kalibruoti, taip pat navigaciniams ir inžineriniams skaičiavimams.

Fizinės oro savybės taip pat apima tokias sąvokas kaip inertiškumas, klampumas ir suspaudžiamumas.

Inercija yra oro savybė, apibūdinanti jo gebėjimą atsispirti ramybės būsenos pokyčiams arba vienodam tiesiniam judėjimui. . Inercijos matas yra oro masės tankis. Kuo jis didesnis, tuo didesnė terpės inercija ir pasipriešinimo jėga, kai joje juda orlaivis.

Klampumas. Nustato trinties pasipriešinimą orui judant.

Suspaudžiamumas matuoja oro tankio kitimą keičiantis slėgiui. Esant mažam orlaivio greičiui (iki 450 km/h), oro srautui aplink jį tekant slėgio pokyčio nėra, tačiau važiuojant dideliu greičiu pradeda ryškėti gniuždomumo efektas. Jo įtaka viršgarsiniui ypač ryški. Tai yra atskira aerodinamikos sritis ir atskiro straipsnio tema :-).

Na, atrodo, kol kas tiek... Atėjo laikas baigti šį šiek tiek varginantį išvardijimą, kurio, tačiau, negalima apsieiti :-). Žemės atmosfera, jo parametrai, fizinės oro savybės yra tokie pat svarbūs orlaiviui kaip ir paties aparato parametrai, ir jų nepaminėti buvo neįmanoma.

Kol kas iki kitų susitikimų ir įdomesnių temų 🙂…

P.S. Desertui siūlau pažiūrėti vaizdo įrašą, nufilmuotą iš MIG-25PU dvynių kabinos skrydžio į stratosferą metu. Filmavo, matyt, turistas, turintis pinigų tokiems skrydžiams :-). Filmuota dažniausiai per priekinį stiklą. Atkreipkite dėmesį į dangaus spalvą...