Раздел 1. Атмосфера

1. Скорость звука в воздухе на различной высоте над землей.

H, м	V, м/с	H, м	V, м/с	H, м	V, м/с
0	340,29	900	336,82	10 000	293,53
50	340,10	1 000	336,43	11 050 - 20 050	295,07
100	339,91	2 000	332,53	30 000	301,71
200	339,53	3 000	328,58	40 000	317,19
300	339,14	4 000	324,59	50 000	329,80
400	338,76	5 000	320,54	60 000	315,07
500	338,37	6 000	316,45	70 000	297,06
600	337,98	7 000	312,31	80 000	282,54
700	337,60	8 000	308,10
800	337,21	9 000	303,85

2. Коэффициент ослабления звука в воздухе.

( = (d/2) ln I₀/I_d непер/см, ₁ = 8,6862 дБ/см, d – расстояние)

Относит. влажность, %	Частота, кГц
	1	2	4	6	8	10
10	0,13	0,47	0,127	0,87	2,26	2,53
20	0,06	0,23	0,82	1,61	2,48	3,28
37	-	-	-	-	-	4,15
40	0,03	0,10	0,38	0,84	1,45	2,20
60	0,03	0,09	0,24	0,54	0,96	1,47
80	0,03	0,08	0,20	0,39	0,69	1,08
87	-	-	-	-	-	-

• При относительной влажности 37% на частоте 50 кГц - 22,6; 100 кГц - 41,5 ; 500 кГц – 530; При относительной влажности 37% на частоте 1927 кГц – 7000.

3. Источники энергии для атмосферы Земли в целом, Вт

Источник	Мощность	Источник	Мощность
Солнце	1,76 · 1017	Космические лучи	1,63 · 1010
Луна	3,09 · 1012	Метеоры	1,44 · 1010
Молнии	1,6 · 1012	Свечение ночного неба	1,12 · 1010
Яркие полярные сияния	2,53 · 1010

Энергия, накопленная внутри планеты 2.10³¹ Дж (энергия, выделяемая за счет концентрации массы к центру планеты – 1,6.10³¹ Дж; за счет распада U, Th, К -0.9.10³¹ Дж за всю историю Земли).

Таблица № 4 Зависимость плотности потока энергии (Солнце + атмосфера) от высоты Солнца

Высота Солнца, градусы	10	30	60	90
Плотность потока, кВт/м2	0,130	0,490	0,95	1,13
Вклад атмосферы, %	88	50	34	29

Подавляющая часть энергии солнечного излучения ( 97%) приходится на интервал длин волн 0,3 -3,0 мкм, причем 53,5% - на интервал 0,4-0,7 мкм, т.е. на видимую область. Полная энергетиче­ская освещенность солнечным излучением на верхней границе атмосфе­ры меняется мало, она испытывает короткопериодные изменения в пре­делах до ± 0,5%, обусловленные солнечной активностью и годовые ко­лебания в пределах ±3,5%, связанные с эксцентриситетом орбиты Зем­ли.

Наиболее ярко выраженные полосы поглощения хлорофилла: 420 – 430 нм и 670 – 680 нм

Таблица № 5. Максимальная яркость фона для помех различной природы, Вт/(см² · ср. мкм)

Помеха	λ = 1 мкм	λ = 10 мкм
Отражение солнечного излучения водной поверхностью	10-1	10-5
Рассеяние солнечного излучения атмосферой без облаков	10-2	10-7
Рассеяние солнечного излучения атмосферой с облаками	10-3	10-7
Тепловое излучение атмосферы	10-7	10-3
Свечение атмосферы	10-10	10-6

4. Коэффициент релеевского рассеяния для различных высот для  = 0,55 мкм

   Высота, км	σ, км-1	Высота, км	σ, км-1
   0	1,162.10-2	20	8,436.10-4
   5	6,988.10-3	30	1,747
   10	3,924	40	3,791.10-5
   15	1,848	50	9,743.10-6

5. Коэффициент аэрозольного рассеяния излучения в диапазоне 0,55 – 6 мкм. () = (0,55)[n₀ + n₁ ^-n₂]

Периоды	Тип погоды	n0	n1	n2
Летний	Дымка после сильного дождя	0	0,4	1,88
	Устойчивая дымка Sm  4 км	0,06	0,36	1,88
Весенне-осенний	Дымка	0,1	0,45	1,30
	Туманная дымка	0,01	0,8	0,5
	Дымка с изморосью	0,3	0,5	0,6
Зимний	Ледяная дымка	0,25	0,45	1,24
	Зимняя дымка	0	0,58	1,24
	Дымка со снегом	0,77	0,15	1,24

В дымке на  = 0,55 при метеорологической дальности видимости S_m = 10 км  = 0,4 км^-1

6. Таблица нормального дня.

Н над уровнем моря, км	Р, мм рт. ст.	t, 0С	Средняя t, 0С	Плотность, кг/м3
0	760,00	15,00	15,00	1,226
0,1	751,03	14,35	14,67	1,214
0,2	742,15	13,70	14,35	1,202
0,3	733,35	13,05	14,02	1,191
0,4	724,64	12,40	13,70	1,179
0,5	716,01	11,75	13,37	1,168
0,6	707,47	11,10	13,05	1,157
0,7	699,01	10,45	12,72	1,145
0,8	690,63	9,80	12,40	1,134
0,9	682,33	9,15	12,07	1,123
1,0	674,11	8,50	11,75	1,112
1,5	634,21	5,25	10,02	1,059
2,0	596,26	2,0	8,50	1,007
2,5	560,16	- 1,25	6,87	0,957
3,0	525,87	- 4,50	5,25	0,910
3,5	493,30	- 7,75	3,62	0,864
4,0	464,40	- 11,00	2,0	0,820
4,5	433,10	- 14,25	0,37	0,777
5,0	405,33	- 17,50	- 1,25	0,737
5,5	379,04	- 20,75	- 2,87	0,698
6,0	354,16	- 24,00	- 4,50	0,661
6,5	330,72	- 27,25	- 6,12	0,625
7,0	308,52	- 30,50	- 7,75	0,591
7,5	287,55	- 33,75	- 9,37	0,558
8,0	267,79	- 37,00	- 11,00	0,527
8,5	249,16	- 40,25	- 12,62	0,479
9,0	231,62	- 43,50	- 14,25	0,469
9,5	215,09	- 46,75	- 15,87	0,442
10,0	199,60	- 50,00	- 17,50	0,416
10,5	185,01	- 53,25	- 19,12	0,391
11,0	171,34	- 56,50	-20,75	0,368
11,5	160,11	- 56,50	-20,75	0,344
12,0	149,64	- 56,50	-20,75	0,321

7. Таблица стандартной атмосферы

Таблица стандартной атмосферы
Z, м	Т, К	Р, кг/м2	ρ, кг. с2/м4	ρ/ρ0	а, м/c	ν, м2/с	g, м/с2	l, м
0	288,15	10332,3	1,2492.10-1	1,0000	340,28	1,4607.10-5	9,80665	6,3741.10-8
500	284,90	9733,5	1,1902	9,5282.10-1	338,36	1,5196	9,80511	6,6688
1000	281,65	9733,5	1,1336	9,0751	336,43	1,5812	9,80357	6,9791
1500	278,40	9164,8	1,0791	8,6384	334,48	1,6461	9,80203	7,3079
2000	275,14	8623,3	1,0265	8,2171	332,52	1,7146	9,80049	7,6572
2500	271,89	8106,5	9,7593.10-2	7,8127	330,55	1,7866	9,79896	8,0260
3,0	268,64	7616,6	9,2734	7,4237	328,56	1,8624	9,79742	8,4170
3500	265,38	7150,8	8,8048	7,0485	326,56	1,9426	9,79588	8,8333
4000	262,13	6707,1	8,3558	6,6891	324,56	2,0271	9,79435	9,2744
4500	258,88	6287,2	7,9246	6,3440	322,54	2,1162	9,79281	9,7426
5000	255,63	5888,8	7,5106	6,0125	320,51	2,2103	9,79128	1,0240.107
6000	249,13	5511,1	6,7324	5,3895	316,41	2,4153	9,78820	1,1335
7000	242,63	4814,4	6,0174	4,8177	312,25	2,6452	9,78514	1,2579
8000	236,14	4190,8	5,3628	4,2931	308,25	2,9030	9,78207	1,3994
9000	229,64	3635,1	4,7633	3,8132	303,78	3,1942	9,77900	1,5614
10000	223,15	3139,8	4,2172	3,3761	299,45	3,5232	9,77594	1,7471
11000	216,66	2701,3	3,7204	2,9784	295,07	3,8966	9,77287	1,9610
12000	216,66	2313,7	3,1795	2,5453	295,07	4,5559	9,76981	2,2946
13000	216,66	1977,3	27173	2,1753	295,07	5,3351	9,76675	2,6849
14000	216,66	1689,9	2,3225	1,8593	295,07	6,2420	9,76369	3,1413
15000	216,66	1234,6	1,9851·10-2	1,5891·10-1	295,07	7.3029·10-5	9,76063	3,6752·10-7
16000	216,66	1055,2	1,6968	1,3584	295,07	8,5437	9,75758	4,2996
17000	216,66	902,03	1,5404	1,1611	295,07	9,9952	9,75452	5,0301
18000	216,66	771,10	1,2399	9,9257·10-2	295,07	1,1692·10-4	9,75146	5,8840
19000	216,66	659,22	1,0600	8,4857	295,07	1,3676	9,74842	6,8825
20000	216,66	563,59	9,0623·10-3	7,2547	295,07	1,5997	9,74537	8,0505
21000	216,66	481,86	7,7481	6,2027	295,07	1,8710	9,74232	9,4458
22000	216,66	412,00	6,6247	5,3033	295,07	2,1883	9,73927	1,1013·10-6
23000	216,66	352,28	5,6645	4,5347	295,07	2,5593	9,73623	1,2880
24000	216,66	301,23	4,8438	3,8776	295,07	2,9929	9,73318	1,5062
25000	216,66	257,60	4,1422	3,3160	295,07	3,4998	9,73014	1,7613
26000	219,40	220,50	3,5013	2,8030	296,93	4,1842	9,72710	2,0925
27000	222,14	189,11	2,9659	2,3743	298,78	4,9911	9,72406	2,4806
28000	224,87	162,58	2,5188	2,0164	300,61	5,9370	9,72102	2,9327
29000	227,61	139,96	2,1421	1,7149	302,43	7,0510	9,71798	3,4619
30000	230,35	120,69	1,8254	1,4613	304,25	8,3565	9,71494	4,0786
32000	235,82	90,274	1,3336	1,0676	307,84	1,1661·10-3	9,70888	5,6248
34000	241,28	68,007	9,8194·10-4	7,8608·10-3	311,38	1,6135	9,70282	7,6944
36000	246,74	51,558	7,2796	5,8276	314,89	2,2165	9,69676	1,0452·10-5
38000	252,20	39,306	5,4294	4,3465	318,36	3,0248	9,69071	1,4109
40000	257,66	30,169	4,0792	3,2656	321,78	4,0956	9,68466	1,8900
45000	271,28	15,949	2,0482	1,6397	330,17	8,4977	9,66957	3,8218
50000	274,00	8,6249	1,0966	8,7788·10-4	331,82	1,5997·10-2	9,65452	7,1585
60000	253,40	2,4597	3,3816·10-5	2,7071	319,11	4,8749	9,62452	2,2684·10-4
70000	219,15	5,9494·10-1	9,4576·10-6	7,5712·10-5	296,76	1,5475·10-1	9,59466	7,7433
80000	185,00	1,1361	2,1393	1,7126	272,66	5,9202	9,56494	3,2241·10-3
90000	185,00	1,8808 10-2	3,5418·10-7	2,8354·10-6	272,66	3,5759·10-2	9,53536	1,9474·10-2
100000	209,22	3,305. 10-3	5,5058·10-8	4,4075·10-7	―	―	9,50591	―

Таблица приведена в сокращенном виде.

Перевод единиц:

• Давление 1 кг/м² = 9,807 Н/м² = 735.10⁴ мм рт. ст.;

• Плотность1 кг.с²/м⁴ = 9,807кг/м³

• ν – кинематическая вязкость,

• ν = μ/ρ, динамическая вязкость μ = μ₀(Т/Т₀)^3/2 ((Т₀ + 110,4)/( Т + 110,4)),

• а – скорость звука,

• g – ускорение свободного падения,

• l – параметр Кориолиса (длина свободного пробега молекул).

Вакуум

Низкий – 10⁵ – 10² Па

Средний - 10² – 10^-1 Па

Высокий – 10^-2 – 10^-5 Па

Сверхвысокий – менее 10^-6 Па

Таблица № 6 Типы вертикального распределения горизонтальной метеорологической дальности видимости в подоблачном слое

Тип	Форма облаков	Высота H (м) нижней границы облаков (НГО)	МДВ (км) у поверхности земли	Характеристика изменения горизонтальной МДВ с высотой	Погода
I	St	≤ 150	≤ 3	Во всем подоблачном слое – от поверхности земли до НГО – наблюдается быстрое и непрерывное уменьшение горизонтальной МДВ с высотой	Дымка, морось, мелкий снег, снежные зерна. Относительная влажность у поверхности земли f ≥ 95 %, скорость ветра не более 6 м/с
II	St (Sc)	150 ≤ H ≤ 200	≤ 4	Медленное уменьшение горизонтальной МДВ с высотой вблизи поверхности земли, затем быстрое уменьшение МДВ в направлении к НГО	Дымка, морось, мелкий снег, снежные зерна. Преобладающее значение относительной влажности у поверхности земли 91-96 %, скорость ветра не более 8 м/с
III	Sc	200-400	≤ 8	В нижней половине подоблачного слоя горизонтальная МДВ несколько больше или примерно равна приземной. В верхней половине слоя наблюдается быстрое уменьшение горизонтальной МДВ в направлении к НГО	Дымка, слабые осадки в виде снега, мокрого снега или дождя. Влажность у поверхности земли в пределах 81 – 95 %, скорость ветра преимущественно не более 10 м/ с
IV	Sc	400-800	≤ 10	Значительное увеличение горизонтальной МДВ с высотой в приземном слое. Значения МДВ, большие или равные приземной, сохраняются до значительной высоты. Ухудшение горизонтальной метеорологической видимости до значений, равных приземной или меньших ее, наблюдается лишь вблизи НГО	Приземная дымка, слабый снег. Значительные колебания относительной влажности и скорости ветра у поверхности земли.
V	Ns (Ns, St fr.)	≥ 250	≤ 4	Значения горизонтальной метеорологической видимости в нижнем 200-метровом слое примерно равны значению МДВ у поверхности земли. В некоторых случаях на отдельных высотах наблюдаются значительные отклонения (до 30 %) от приземной МДВ. Повторяемость положительных и отрицательных отклонений одинаковая.	Снег значительной интенсивности, в отдельных случаях метель при скорости ветра не более 12 м/с . Влажность у поверхности земли в пределах 71-85 %

Таблица № 7 Формы облачности

1. Перистые	Ci	4. Кучевые	Cu
перисто-слоистые	Cs	кучевые разорванные	Cufr
перисто-кучевые	Cc	кучево-дождевые	Cb
2. Высоко-кучевые	Ac	5. Слоисто-дождевые	Ns
3. Слоистые	St	слоистые	St
		слоистые разорванные	Stfr
		разорвано-дождевые	Frnb

Запыленность атмосферного воздуха

В атмосферном воздухе содержится пыль. Концентрация ее в нижних слоях атмосферы колеблется от 2.10⁵ пылинок на литр в промышленных центрах и до 10 пылинок на литр в лесу после дождя.

Поведение пылевых частиц в воздухе зависит от их размеров. При диаметре более 10 мкм частицы падают на землю в неподвижном воздухе ускорено, при диаметре 0,1 до 10 мкм – с постоянной скоростью, а менее 0,1 мкм находятся в непрерывном броуновском движении, обусловленном их взаимодействием с молекулами воздуха.

Концентрация пыли по высотам. Пыль заносится с поверхности земли в атмосферу в результате турбулентных перемещений воздуха при ветре. С увеличением высоты количество пыли в атмосфере уменьшается Так, в окрестностях Москвы на высоте 100 м концентрация пыли составляет 10⁴ частиц на 1 л. воздуха., а на высотах 200 и 500 м соответственно 6500 и 4000. Концентрация пыли в нижних слоях атмосферы увеличивается осенью и в начале зимы. Летом сильные восходящие потоки воздуха поднимают пыль из нижних слоев атмосферы в верхние, вследствие чего запыленность нижних слоев уменьшается. Запыленность также уменьшается ночью.

Среднее значение концентрации пыли в атмосфере следующее: над морем – 1 мг/м³. над городом -3 мг/м³. над промышленными центрами - 5 мг/м³.

После взлета самолета с полевых аэродромов, не имеющих искусственных покрытий, а также в сухое время года с любых ВПП концентрация пыли достигает 10 г/ м³.

Продолжительность падения пылевых частиц в атмосфере с высоты 24 км

Диаметр частицы, мкм	Время падения, часов	Диаметр частицы, мкм	Время падения, часов
340	0,75	33	80
250	1,4	16	340
150	3,9	8	1400
75	16	5	3400 (141 сут.)

Горячие частицы диаметром менее 2 мкм имеют активность

10^-11 Ки/частицу и создают в организме локальные дозы облучения до нескольких сотен тысяч рад.

Частицы диаметром более 100 мкм полностью оседают в носу и полости рта; более 50 мкм – оседают в трахее, 10 – 30 мкм – оседают в бронхах и бронхиолах, 5 мкм - в альвеолах..

В выдыхаемом воздухе остается:

34 % частиц диаметром 0,03 мкм,

65,8 % частиц диаметром 0,3 мкм,

2,6 % частиц диаметром 1 мкм.

На птичниках в 1 м³ воздуха содержится 6.10⁵ микроорганизмов. В 1 м³ надземного слоя воздуха больших городов содержится ~ 5 000 бактерий.

Пыль: диаметр частиц более 10 мкм – продукт механического воздействия: истирание шин, асфальта, рельсов, измельчение камня и песка на мостовых, соль морских брызг (уличная пыль) оседает в бронхах.

Диаметр менее 0,2 мкм – продукты конденсации летучих веществ, возникших при горении топлива.

Диаметр  2,5 мкм – результат роста мельчайших частиц (они существуют неделями), частицы размерами менее 1 мкм в диаметре составляют 80 – 90 % дыма лесного пожара, оседают в альвеолах.

Частицы диаметром 20 – 30 нм из легких попадают в кровь и в мозг.

Кинетическая энергия атмосферных движений Земли составляет 10²³ Дж/год.

Количество аэрозоля в атмосфере (1970 г) 1670 млн. т., из них 1140 млн. т. в Северном полушарии. Естественные процессы поставляют в атмосферу 1140 млн. т. Аэрозоля, антропогенные – 530 млн. т.

Над тропиками в стратосфере на высоте 15 – 20 км и выше существует естественный аэрозольный слой из соединений серы с радиусом частиц 0,3 мкм массой 0,2 млн.т. Воды в стратосфере 2,6 млн.т.

Дождь

Диаметр капель, мм	Кинетическая энергия, Дж	Эрозионное действие
< 0,2 >	< 1,1.10-9	Увлажнение почвы
0,2 – 0,8	до 1,4.10-6	Мелкие потоки воды по почве
0,8 – 1,5	до 2,6.10-5	Взмучивание потоков
1,5 – 3,0	до 4,7.10-4	Разбрызгивание и уплотнение почв
> 3,0	> 4,7.10-4	Разрушение почв, взмучивание потоков

В облаках переохлаждение воды достигает до -30⁰ С. Размер капель в воздухе растет от основания вверх и достигает 200 мкм. Капли диаметром 3 – 5 мкм распадаются от трения о воздух. Развитые кучевые облака в центральной части содержат воды 2 г/м³, мощные ливневые облака – 4 – 5 г/м³.

Толщина облаков составляет до 20 км. Град - максимальная масса больше 1 кг (1989 г, Бангладеш, убил 92 человека). Капли дождя максимальный диаметр 8.6 мм (Бразилия, 1995 г), измерено лазером. Скорость капель дождя в воздухе составляет 11 км/час

Самое дождливое место – Индия, штат Мегхалая – 1187 мм/год (1 мм – 1 литр/м²).

Туман

Капли воды диаметром от 0,1 до 100 мкм. Размер ядер конденсации 10^-6 - 10^-8 м (взвеси и ионы). Флуктуационные смещения молекул пара и газа 10^-9 м.

Вид тумана	Количество капель в см3	Средний радиус, мкм	Весовая концентрация, г/м3
Природный туман	50 - 500	7 - 15	0.05 -1
Облака	50 - 500	2 -15	0,2 -5
Табачный дым	-	0,01 – 0,1	-
Туман серной кислоты	102 - 106	0,1 - 10	0,1 -50

Глубина слоя вечной мерзлоты – 450 м.

В 1849 г. глыба льда длиной 6 метров упала с неба в Шотландии.

В 1911 г. в штате Калифорния выпал слой снега толщиной 11,46 м.

Диаметр молнии 7.6 см, длинна 3.2 км. Ежедневно молния убивает около 2 тысяч человек.

7.07.1987 г. в штате Канзас температура повысилась с 24 до 35 ⁰С за 10 минут.

Ветер. В бухте Содружества в Антарктиде самые сильные ветра – скорость 322 км/час(322/3.6 = 89.4 м/с).

Торнадо обладает максимальной скоростью 117 м/с и длиной пути 161 км, ширина зоны 1.61 км, (5 баллов по шкале Фуджиты).

Смерч – быстрое, резкое и сильное понижение давления более чем на 100-200 гПа; барический градиент – 10 гПа на 100 метров. Скорость ветра велика в стенке воронки, вокруг смерча – штиль. Если смерч из воды, наблюдаются электрические и магнитные поля.

Ураган (тропический циклон): глаз бури окружен стеной ливня и ураганного ветра(v = 70 – 113 м/с). Давление в центре ниже 930 гПа(877 гПа – 1958 г, теоретически – до 847 гПа); в стене ветра и ливня барический градиент 14 – 17 гПа/100 км, скорость 100 – 350 км/сутки; движется по параболе к востоку и вначале идет к северу. Продолжительность жизни – 1-21 сутки. Для формирования урагана температура воды должна быть более 27 ⁰С. В развитом урагане циклоническая циркуляция распространяется до высоты 10-15 км в радиусе 300-400 км. Система кучево-дождевых облаков проникает в стратосферу.

Самые высокие башни

Taipei 101, Тайпэй, Тайвань 500 м.

Busan Lotte Tower, Бусан, Ю.Корея, 500м.

Pentominium Дубай, ОАЭ 500м.

Разрушенный WTC (Нью-Йорк) США 500м.

Doha Convention Center, Доха, Катар, 550м.

Lotte Super Tower, Седа Ю.Корея 550м.

Millenium Tower World Business Center, Бусан, Ю.Корея 550м. Shanghai Center, Шанхай, КНР 580м.

Chicago Spire, Чикаго, США, 500м.

Incheon Towers, Инхеон, Ю.Корея, 600м.

Башня “Россия” Москва РФ 600м.

Burj Dubai, Дубай ОАЭ 818м.

Mubarak Tower, Кувейт, проект, 970м.

Nakheel Tower, Дубай ОАЭ, проект 1150м.

Башня Тайбэй имеет массу 545 тыс. тонн и период собственных колебаний Т = 7 с. Между 87 и 72 этажами находится демпфер – шар, набранный из стальных пластин массой 600 т. соединенный с масляным амортизатором