Приклад

Розглянемо на прикладі порядок визначення вертикальної рівноваги і ступінь стійкості атмосфери за кривою її стратифікації. За даними висотної метеорологічної щогли з висотою температура в атмосфері розподіляється таким чином: на висоті 2 м складає мінус 1,1 °С; на висоті 121 м – мінус 3,6 °С; на висоті 301 м – мінус 4,1 °С. Швидкість вітру на висоті 8 м – 1,7 м/с; на висоті 121 м – 3,9 м/с; на висоті 301 м – 7,9 м/с.

Метою розрахунку є оцінка стану атмосфери та його вплив на забруднення атмосфери.

На рис. 2 зображений вертикальний розріз атмосфери, на якому представлені крива стратифікації (змінення температури по висоті за вихідними даними) і крива змінення стану атмосфери за сухоадіабатичним законом.

Рис. 2. Вертикальний розріз атмосфери

Суха адіабата (крива змінення стану атмосфери) побудована на основі рівнянням (4) за формулою

(12)

де Z₁ – висота над поверхнею землі, м; за вихідними даними початкова висота Z₁ = 2 м (в загалі вибір Z₁ може бути довільній за умови відомої Т₁ = –1,1 °С на цій же висоті);

Т₂ – температура повітря, яка відповідає рівню Z₂ за сухоадіабатичним законом, °С; вибирається довільно за умови Т₂ < Т₁, наприклад за рис. 2 приймаємо Т₂ = –4,5 °С.

Розрахуємо вертикальній градієнт температури для ділянки АБ і БВ кривої стратифікації за загальною формулою

К/м. (13)

Ділянка АБ

К/м = 2,1 К/100 м,

Ділянка БВ

К/м = 0,278  К/100 м,

Для ділянки АБ припустимо, що швидкість вітру на рівні флюгера (за даними 8 м) дорівнює швидкості вітру на висоті 2 м.

Розрахуємо за формулою (7) число Ri для ділянки АБ і БВ.

Ділянка АБ

Ri < 0.

Ділянка БВ

Ri > 0.

Проаналізуємо результати розрахунків. На ділянці АБ кривої стратифікації атмосфери спостерігається нестійка стратифікація (Ri < 0,  > _a) і вертикальні потоки теплого повітря присутні.

На ділянці АБ кривої стратифікації атмосфери спостерігається стійка стратифікація (Ri > 0,  < _a) і вертикальні потоки теплого повітря відсутні.

Завдання для самостійної роботи:

а) за даними табл. 1 побудувати вертикальний розріз атмосфери;

б) розрахувати критерії вертикальної рівноваги атмосфери;

в) за критеріями визначити термодинамічний стан шарів атмосфери;

г) дати аргументовану характеристику впливу термодинамічного стану атмосфери на забруднення повітря;

ґ) скласти схему класифікації температурної інверсії.

Таблиця 1

Варіанти завдання

Варіант	Швидкість вітру U, м/с, на висоті			Температура повітря Т, °С, на висоті
	8 м	121 м	301 м	2 м	121 м	301 м
1	1,0	7,1	14,7	-4,9	-4,2	-2,0
2	1,1	6,0	13,0	-5,3	-4,8	-2,5
3	1,1	7,3	12,2	-5,6	-5,4	-3,4
4	1,3	7,3	10,5	-5,3	-5,6	-3,2
5	1,7	5,8	10,5	-3,9	-5,4	-3,1
6	1,1	4,3	9,5	-2,8	-4,7	-3,3
7	1,7	3,9	7,9	-1,1	-3,6	-4,1
8	1,9	3,9	6,7	0,3	-2,3	-3,5
9	1,5	3,7	5,4	1,1	-1,5	-2,8
10	1,9	4,6	5,3	1,9	-0,7	-2,5
11	1,2	3,2	4,1	1,4	-0,8	-2,0
12	0,9	2,9	3,7	1,6	-0,4	-1,8
13	1,0	2,5	3,8	1,3	-0,2	-1,6
14	0,5	3,1	4,1	-0,1	-0,4	-1,3
15	0,3	3,6	4,4	-2,3	-0,2	-1,3
16	0,3	3,7	4,5	-2,6	-0,2	-1,4
17	0,3	3,0	3,8	-2,7	-0,8	-1,6
18	0,3	2,8	4,0	-2,9	-1,3	-1,8
19	0,3	2,6	4,2	-3,4	-1,3	-2,0
20	0,4	4,1	4,2	-3,3	-1,4	-1,9
21	0,8	7,3	5,6	-2,5	-1,5	-2,1
22	0,9	7,6	6,8	-2,8	-2,1	-2,4
23	0,4	6,5	6,0	-3,0	-2,6	-3,0
24	0,3	5,1	6,0	-3,6	-3,0	-2,9
25	0,6	5,4	3,5	-4,8	-3,9	-3,1
26	0,5	6,0	12,1	-0,9	-0,6	-0,2
27	0,6	7,5	11,2	-0,8	-0,7	-0,6
28	0,3	4,9	8,1	-0,4	-0,5	-1,2
29	0,6	4,6	6,8	-1,0	-0,8	-1,6
30	0,1	3,7	8,6	-1,2	-1,2	-1,7