Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учение об атмосфере. Учебное пособие-1
.pdf
1. Общие сведения об атмосфере
зуально в метрах при видимости менее 2000 м и в километрах при
большей дальности видимости.
Определения других метеовеличин будут даны по мере изучения
дисциплины.
1.4.4. Карты погоды и вертикальные разрезы
а) Карты погоды
Состояние атмосферы над обширными пространствами принято
представлять на картах погоды определенных уровней.
Различают приземные и высотные карты. Первые бывают синоп-
тические, кольцевые и микрокольцевые. Они характеризуют погоду у подстилающей поверхности. На некоторых метеорологических
станциях составляются только кольцевые карты, а синоптические и
высотные принимают через современные системы приема и передачи метеоданных (например, ГИС-«Метео» и т. д.). Пример синоптической карты представлен на рисунке 8. Она информирует о погоде
над востоком России, частью Японии, севером Монголии и Китая.
На карте видны периферия антициклона с центром юго-восточнее
Благовещенска и циклон над Токио. Изобары на кольцевой карте
проведены через 5,0 гПа. Давление в центре антициклона можно
определить по данным метеостанции, расположенной вблизи указанного центра. Справа вверху от кружка станции нанесено 352.
Это означает, что атмосферное давление 1035,2 гПа. Если бы на этом
месте стояло число более 500, то добавлялось бы не 10, а 9. Слева
вверху от кружка станции нанесено значение температуры –11,6°С.
Ниже указаны значок горизонтальной видимости цифрой кода 80 –
соответствует 30 км и точка росы –28,2°С. На этой станции наблюдается малооблачная погода, 3 балла верхней облачности. Ветер на
станции штиль. Давление за последние 3 часа понизилось на 2,5 гПа
(нанесено справа от кружка, обозначающего метеостанцию).
Погода в циклоне более разнообразна, но расположение метео-
величин относительно кружка станции стандартное. Циклон разделен теплым и холодным фронтами. Давление в его центре около
1006,9 гПа.
31
32
Учение об атмосфере: учебное пособие
Рис. 8. Пример синоптической карты (приземный анализ) погоды за 15ч.
27 октября 2016 года (1-ТФ, 2-ХФ)
1. Общие сведения об атмосфере
Это молодой циклон. Он обусловливает над Японией облачную
погоду с дождем и сильным ветром.
Высотные карты погоды, или карты барической топографии, ин-
формируют о температуре воздуха, дефиците точки росы, скорости
и направлении ветра и высоте расположения стандартной изобарической поверхности в десятках геопотенциальных метров (1 гп. м ≈
1 м). Их составляют для следующих стандартных изобарических
поверхностей 925, 850, 700, 500, 300 гПа тропосферы и ряда поверхностей стратосферы. Средняя высота этих уровней соответственно
равна: 0,7–0,8; 1,5; 3,0; 5,5 и 9,0 км. Карты АТ-500 и АТ-700 используются для определения направления и скорости ведущего потока,
в направлении которого перемещаются барические образования и
атмосферные фронты у подстилающей поверхности. Для определения скорости и направления перемещения зараженного или загрязненного облака следует осреднять скорости и направления потоков
на указанных уровнях с привлечением информации флюгера.
Высота названных поверхностей отсчитывается от абсолютного
нуля (уровня моря). Поэтому карты стандартных уровней называют
картами абсолютной топографии с указанием стандартного давления: карта АТ925 (рис. 9), карта AT850 (рис. 10) и т. д. На них проводят изогипсы, т. е. линии равной высоты, кратные 4 гп. дм, выявляя циклоны и антициклоны, и указывают положение атмосферных
фронтов. Данные, нанесенные возле метеостанции, читаются, например, так: (рис. 9) в Харькове на высоте 750 гп. м температура воздуха 18°С, дефицит точки росы 1,3 °С и ветер юго-западный 30км/ч.
Давление воздуха во всех точках этой карты 925 гПа. Малый дефицит точки росы указывает на то, что там имеется облачность в зоне
ХФ. На рисунке 10 (карта AT850) в том же Харькове следует прочесть, что на высоте 1490 гп. м температура воздуха 13 °С, дефицит
точки росы 2,9 °С и ветер юго-западный 40 км/ч. Подробное рассмотрение карт АТ925 и AT850 объясняется тем, что они информируют
об условиях погоды в пограничном слое атмосферы, где сосредотачиваются повышенные уровни загрязнения воздуха.
33
34
Учение об атмосфере: учебное пособие
Рис. 9. Пример карты АТ925 за 03 ч 12 августа 2007 года
(в центре Черное море)
Рис. 10. Пример карты АТ850 за 03 ч 12 августа 2007 года
(в центре Черное море)
При оценке уровней загрязнения целесообразно составлять карты, характеризующие условия в более тонких слоях, например, в
слое 300 м. Это по существу жизнедеятельный слой атмосферы, в котором протекает основная деятельность человека и резко проявля-
1. Общие сведения об атмосфере
35
ется влияние подстилающей поверхности, влияющей на суточный
ход всех метеовеличин.
В дополнение к картам абсолютной топографии могут состав-
ляться карты относительной топографии (ОТ). Они характеризуют среднюю температуру слоя воздуха, например, между поверхностями 500 и 1000 гПа. Запись выглядит так: карта ОТ500/1000.
Изогипсы толщины слоя на этой карте, проведенные через 4 гп. дм,
тождественны изотермам, проведенным через 2 К. На этих картах
выделяются области тепла, где наблюдаются повышенные значения
геопотенциала (толщины слоя), и области холода с пониженными
значениями толщины слоя.
б) Вертикальные разрезы погоды
Кроме высотных и приземных карт для анализа погоды исполь-
зуются вертикальные разрезы. Они характеризуют состояние атмосферы по вертикали в конкретном пункте, по маршруту или по времени (временные). Последние два включаются в бюллетени погоды.
Здесь остановимся только на первом виде, поскольку он позво-
ляет выявить условия облакообразования в устойчивых и неустойчивых ВМ. Информацию для составления вертикальных разрезов
получают по результатам радиозондирования и данным воздушной и радиолокационной разведки погоды. Данные температурноветрового зондирования наносят на бланк аэрологической диаграммы (АД). По вертикальной шкале на ней отложено давление воздуха
и высота, а по горизонтальной – температура воздуха и температура
точки росы. Кроме того, наносят направление и скорость ветра по
высотам. Это позволяет рассчитать вертикальные градиенты температуры ℽ = –∆T/∆z и ветра ∆U/z.
В рассмотренном примере (рис. 9 и 10) для Харькова градиент
температуры будет равен
ℽ = –∆T/∆z = –(T
850
– T
925
)/(z
850
– z
) = –(13–18) ºC / (1490–
925
750)гп.м ≈ 0,007 ºC / гп. м = 0,7 ºC / 100 м
Это означает, что при изменении высоты на каждые 100 гп. м тем-
пература в данном слое воздуха изменяется на 0,7 °С. В реальной ат-
36
мосфере значение этого градиента температуры может изменяться
в пределах ±(2–3) °С/100 м и даже больше. Нормальным считается,
когда температура воздуха в тропосфере понижается с увеличением
высоты. Рост температуры с высотой называют инверсией, а постоянство – изотермией. Развитию слоистой облачности и возникновению туманов в пограничном слое атмосферы способствует то, что
в нем примерно в 2/3 случаев наблюдается изотермическое или инверсионное распределение температуры с высотой, особенно ночью
и утром и тем более в холодное полугодие, а нормальное – только в
30 % случаев. В средней тропосфере повторяемость задерживающих
слоев меньше [22].
В целом знакомство со строением атмосферы, ее составными частями, метеорологическими величинами и явлениями погоды, характеризующими ее, т. е. основами гидрометеорологии, необходимо
не только пилотам ЛА, но и всем тем, кто в своей деятельности занят
решением экологических проблем, особенно условиями загрязнения атмосферного воздуха и решением задач распространения загрязняющих примесей.
Учение об атмосфере: учебное пособие
2. РАДИАЦИЯ (ЛУЧИСТАЯ ЭНЕРГИЯ)
В АТМОСФЕРЕ
2.1. Основные понятия и определения
Радиационный режим атмосферы определяет ее энергетику.
Основным источником энергии на Земле является Солнце. Полезные ископаемые (древесный уголь и нефть) – это по существу законсервированная его энергия за миллионы лет.
Энергия солнечной радиации – это лучистая энергия Солнца.
Спектр солнечной радиации представляет собой распределение лучистой энергии в потоке солнечной радиации по длинам волн. Все
тела, в том числе земная поверхность и атмосфера, способны полностью или частично поглощать, отражать или пропускать энергию
излучения.
В таблице 1 представлена классификация радиоволн по их длинам.
Таблица 1
Классификация радиоволн
Номер
полосы
частотного
спектра
4
5 километровые 1–10 км
6 гектометровые 100–1000 м
7 декаметровые 10–100 м 3–30 МГц
Метричес-
кое наимено-
вание волн
мириа-
метровые
Диапазон
длин волн
10–100 км 3–30 кГц
Диапазон
частот
30–300
кГц
300–3000
кГц
Обозна-
чение
полосы
ОНЧ
(очень
низкие
частоты)
НЧ
(низкие
частоты)
СЧ
(средние
частоты)
ВЧ
(высокие
частоты)
Условное
обозна-
чение
СДВ
(сверхдлин-
ные волны)
ДВ
(длинные
волны)
СВ
(средние
волны)
КВ
(короткие
волны)
38
Номер
полосы
частотного
спектра
8 Метровые 1–10 м
9 дециметровые 10–100 см
10
11
12
Метричес-
кое наимено-
вание волн
сантимет-
ровые
миллимет-
ровые
децимилли-
метровые
Учение об атмосфере: учебное пособие
Окончание таблицы 1
Диапазон
длин волн
1–10 см 3–30 ГГц
1–10 мм
0,1–1 мм
Диапазон
частот
30–300
МГц
300–3000
МГц
30–300
ГГц
300–3000
ГГц
Обозна-
чение
полосы
ОВЧ
(очень
высокие
частоты)
УВЧ
(ультравысокие
частоты)
CВЧ
сверхвысокие
частоты)
КВЧ
(крайне-
высокие
частоты)
ГВЧ
(гипер-
высокие
частоты)
Условное
обозна-
чение
УКВ
(ультра-
короткие
волны)
УКВ
УКВ
УКВ
УКВ
Поток радиации – это поток частиц или квантов электромагнит-
ного излучения, характеризующийся некоторыми количественными или качественными параметрами. По Л. Т. Матвееву [22] поток
радиации тождествен поверхностной плотности потока излучения
и определяется как количество энергии, излучаемой телом через
единичную поверхность в единицу времени во всех направлениях
или как количество энергии, которое проходит через единичную поверхность в единицу времени.
Поток излучения (лучистый поток) – это величина энергии,
переносимой полем в единицу времени через данную площадку
(рис. 11).
Поток излучения измеряется в ваттах: , .
2. Радиация (лучистая энергия) в атмосфере
Спектральная плотность потока
излучения Фλ(λ) – это функция,
показывающая распределение энергии по
спектру излучения:
. (3)
39
Энергия зависит от спектрального соста-
ва потока излучения. Если разложить поле на
Рис. 11. Поток
излучения [22]
монохроматические составляющие (каждая с
определенной длиной волны), то вся энергия
некоторым образом распределится между
ними (рис. 12).
Рис. 12. Спектральная плотность потока [17]
Поглощательная способность тела (an) – это поглощаемая те-
лом доля падающего на него монохроматического потока излучения
частоты n. Считается, что поглощательная способность тела (an)
отличается от коэффициента поглощения (хотя часто называется
так) тем, что относится лишь к излучению одной определенной частоты, в то время как коэффициент поглощения представляет собой
интеграл от поглощательной способности тела (an). Поглощатель-
ная способность тела есть функция частоты и температуры. Для
абсолютно черного тела она равна 1, для всех остальных меньше 1.
Отражательная способность тела зависит от материала, из
которого состоит тело, температуры и свойств поверхности отраже-
40
ния и от угла наклона лучистого потока к поверхности. Они различны для разных спектральных составляющих излучения. Наиболее
полную характеристику радиационных свойств твердых тел можно получить, если определить зависимости от длины волны спектральных величин поглощательных и отражательных способностей
и степеней черноты. По значениям спектральных радиационных
характеристик можно было бы найти их интегральные значения.
Ксожалению, определение спектральных значений радиационных
характеристик представляет большие трудности, причина которых
заключается в том, что эти величины обладают очень малой энергией. Цвет характеризует отражательную способность тела, но лишь
по отношению к падающим на тело видимым лучам. Отражатель-
ная способность тела по отношению к невидимым лучам может
быть совершенно иная. Так, например, по отношению к этим лучам
отражательные способности белого и черного лака почти одинаковы, несмотря на большое различие в отражательной способности по
отношению к солнечным лучам.
Спектральный коэффициент прозрачности атмосферы представляет собой относительную долю солнечной радиации, которая
достигает поверхности земли при том или ином угле наклона Солнца к поверхности Земли.
Учение об атмосфере: учебное пособие
2.2. Солнечная радиация
Солнечная радиация – это излучение Солнца, распространяющееся в виде электромагнитных волн со скоростью примерно
300000 км/с и проникающее в земную атмосферу. Солнечная радиация является основным источником энергии атмосферных процессов. Она измеряется по тепловому действию и выражается в кВт на
1 м2 или по-старому в калориях за единицу времени (обычно 1 мин)
на единицу поверхности (обычно 1 см2), перпендикулярной к направлению распространения потока радиации. Энергия солнечной
радиации называется лучистой энергией Солнца. Основными количественными характеристиками поля излучения являются поток
лучистой энергии и интенсивность излучения.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]