1. Состав и строение атмосферы. Стандартная атмосфера.

Атмосфера - воздушная оболочка Земли, принимающая участие в ее суточном и годовом вращении. Атмосфера состоит из смеси ряда газов воздуха, в котором взвешены коллоидные примеси – пыль, капельки, кристаллы, и пр. С высотой состав атмосферы меняется мало.

Давление и плотность атмосферы убывают с высотой; около половины всей массы атмосферы сосредоточено в нижних 5км, 9/10 – нижних 20км и 99,5% - в нижних 80км. Резкой верхней границы атмосфера не имеет; плотность составляющих ее газов постепенно приближается к плотности межпланетного пространства.

По распределению температуры с высотой выделяются следующие основные слои: тропосфера (до 9-17км), стратосфера (до 50-55км), мезосфера (до 80-85км), термосфера, экзосфера.

Переходные слои или границы между основными атмосферными слоями носят название: между тропосферой и стратосферой – тропопауза, между стратосферой и мезосферой – стратопауза, между мезосферой и термосферой – мезопауза.

Состав атмосферы: азот 78%, кислород 21%, аргон 0,9%, остальное – углекислый газ, неон, гелий, водород, криптон, ксенон, озон, радон и др.

Стандартная атмосфера.

Состояние реальной атмосферы довольно изменчиво. Такие характеристики, как температура, давление и плотность воздуха, оказывающие влияние на полет самолета, могут значительно меняться в течение суток, года, а также отличаться между собой над различными географическими районами. Все это затрудняет использование указанных данных для расчетов аэродинамических характеристик самолетов, сравнения этих характеристик, производить градуировку самолетных приборов и т.д.

Для облегчения этой задачи применяется стандартная атмосфера (СА). Эта «постоянная» атмосфера рассчитана по среднегодовым характеристикам основных метеорологических элементов атмосферы. При расчете взяты летние среднегодовые метеорологические условия средних широт (40-50˚с.ш.) без учета их возможных изменений. Исходными данными взяты следующие условия:

За нулевую высоту принят уровень моря. Барометрическое давление на нулевом уровне принимается равным = 1013,25гПА=760 мм рт ст; температура на этом же уровне =15 =288,15˚К; изменение температуры с высотой 0,65˚ на каждые 100м; влажность в пределах всей атмосферы равна нулю; скорость звука на нулевом уровне 340,28 м/сек.

Схема вертикального строения атмосферы.

2. Температура воздуха. Единицы измерения, изменение температуры с высотой. Инверсия, изотермия, Виды инверсий, Адиабатический процесс.

Температура воздуха - это величина, характеризующая её тепловое состояние. Она выражается или в градусах Цельсия (ºС по стоградусной шкале или в Кельвинах (К) по абсолютной шкале. Переход от температуры в Кельвинах к температуре в градусах Цельсия выполняется по формуле

t = T-273º

Для нижнего слоя атмосферы (тропосферы) характерно понижение температуры с высотой, составляющее 0,65ºС на 100м. Это изменение температуры с высотой на 100м называется вертикальным градиентом температуры. Зная температуру у поверхности земли и используя значение вертикального градиента можно вычислить приблизительную температуру на любой высоте (например, при температуре у поверхности земли +20ºС на высоте 5000м температура будет равна:

20º- (0,65*50) = - 12.,5.

Вертикальный градиент γ не является постоянной величиной и зависит от типа воздушной массы, времени суток и сезона года, характера подстилающей поверхности и других причин. При понижении температуры с высотой γ считается положительным, если температура с высотой не изменяется, то γ= 0 слои называются изотермическими.Слои атмосферы, где происходит повышение температуры с высотой (γ < 0), называются инверсионными. В зависимости от величины вертикального градиента температуры состояние атмосферы может быть устойчивым, неустойчивым или безразличным по отношению к сухому (не насыщенному) или насыщенному воздуху.

Понижение температуры воздуха при его подъёме происходит адиабатически, то есть без теплообмена воздушных частиц с окружающей средой. Если воздушная частица поднимается вверх, то имеет место расширение её объёма, при этом внутренняя энергия частицы уменьшается. Если частица опускается, при этом она сжимается и её внутренняя энергия увеличивается. Из этого следует, что при восходящем движении объёма воздуха температура его понижается, а при нисходящем - повышается. Эти процессы играют важную роль в образовании и развитии облаков.

Горизонтальный градиент - это температура выраженная в градусах на расстоянии 100км. При переходе из холодной ВМ в теплую и из тёплой в холодную может превышать 10º на 100км.