41. Сжатие или расширение воздушного столба. Адвекция тепла и адвекция холода.

Адвекция тепла и холода (от лат advectio — доставка), локальное (местное) повышение или понижение температуры воздуха, обусловленное горизонтальным переносом воздушных масс. Различают адвекцию тепла — термическую адвекцию с положительным знаком и адвекцию холода — термическую адвекцию с отрицательным знаком.

42. Термодинамические процессы во влажном ненасыщенном воздухе. Виртуальная температура.

Ненасыщенный воздух – влажный воздух, содержащий водяной пар в меньшем количестве, чем нужно для насыщения при данной температуре. В Н. В. можно ввести еще некоторое количество водяного пара или можно этот воздух несколько охладить, до того как начнется конденсация.

Состояние влажного ненасыщенного воздуха определяется, как известно, заданием трех параметров.

Отношение плотности водяного пара к плотности влажного воздуха есть удельная влаж-

ность q=ρ_n/ρ. В связи с этим уравнение состояния влажного воздуха принимает вид

P = Rρ (1+ 0,608q)T , где удельная газовая постоянная R соответствует сухому воздуху стандартного состава.

Если действительную температуру T заменить на условную, так называемую виртуальную

температуру T_v, определяемую выражением T_v = (1+ 0,608q)T,

то уравнение состояния влажного воздуха можно записать в виде, аналогичном уравнению состояния сухого воздуха P=RρT_v. (3.1.8.)

Виртуальной температурой, определяемой для влажного воздуха, называется такая температура, которую имел бы при данном давлении сухой воздух, той же самой плотности, что и рассматриваемый влажный воздух.

Виртуальная температура влажного воздуха выше действительной его температуры, поэтому из уравнения состояния (3.1.8), согласно которому ρ = P/RT_v ,следует, что влажный воздух легче сухого, при том же давлении и температуре.

43. Термодинамические процессы во влажном насыщенном воздухе. Температура точки росы. Высота конденсации. Отношение смеси.

ОТНОШЕНИЕ СМЕСИ - характеристика влажности воздуха - отношение массы водяного пара в некотором объеме воздуха к массе сухого воздуха в том же объеме.

44. Понятие и расчет энергии неустойчивости. Мощность конвекции.

Энергией неустойчивости называется работа, которую может совершить подъемная сила (сила Архимеда) возни­кающая при вертикальном поднятии единицы массы воздуха. Очевидно, что при неустойчивом состоянии подымающаяся частица теплее окружающей среды. Благодаря возникающей из-за разности температур подъемной силе поднятие происходит с ускорением, при этом не только не требуется затраты работы, но может быть совер­шена некоторая работа. С увеличением степени неустойчивости воз­растает разность температур, а следовательно, увеличивается и энер­гия неустойчивости. Если состояние атмосферы устойчивое, то под­нятие частицы может происходить только за счет внешней силы; в этом случае на поднятие необходимо затратить работу. Возникаю­щая подъемная сила направлена в сторону, противоположную на­правлению движения частицы. При таком состоянии энергия неустой­чивости оказывается отрицательной.

Совершенно очевидно, что при безразличном равновесии энергия неустойчивости равна нулю. Энергия неустойчивости, рассчитанная для слоя, определяется соотношением температуры частицы и окру­жающей среды на всем пути и, следовательно, является интегральной характеристикой состояния атмосферы в слое. Вместе с тем энергия неустойчивости непосредственно связана с кинетической энергией, конвективных движений.

Расчет анергии неустойчивости 1. Предположим, что перемещение происходит квазистатически, а трение отсутствует, тогда выражение для энергии неустойчивости может быть найдено на основании 3-го уравнения динамики атмо­сферы

( 1)

На основании условия квазистатичности

(2)

Тогда приращение энергии неустойчивости на пути dz: (3)

Заменим в уравнении (3) dz воспользовавшись тем, что на основании (2)

тогда

(4)

Н а основании (4) энергия неустойчивости некоторого слоя от р0 до р может быть представлена следующей формулой:

(5)

Отсюда следует, что в системе координат энергия не­устойчивости пропорциональна площади между кривой, изображаю­щей распределение температуры по высоте (кривая стратифика­ции Т), и кривой, изображающей изменение температуры частицы {кривая подъема Т), как это представлено на рис. 21.

2. Выясним связь энер­гии неустойчивости с верти­кальной скоростью, кото­рую приобретает перемеща­ющаяся по вертикали частица воздуха.

На основании (3)

Полагая, что на исходном уровне w =w₀, имеем

(7)

Если начальная вертикальная скорость равна нулю, то

(8)

т. е. вертикальная скорость частицы воздуха, перемещающейся в неустойчиво расслоенной атмосфере, при отсутствии трения равна квадратному корню из удвоенной энергии неустойчивости.

Под мощностью конвекции будем понимать работу, совер­шаемую за единицу времени, при вертикальном перемещении всех масс, участвующих в конвективных движениях, в столбе с единичным поперечным сечением. Таким образом, если энер­гия неустойчивости представляет собой ту работу, которая может быть совершена подъемной силой, возникающей при перемещении единицы массы, то мощность конвекции есть работа, которая совер­шается за единицу времени благодаря вертикальным движениям всех элементов, участвующих в конвекции, в столбе с единичным попе­речным сечением.