Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
lektsii_meteorologia.doc
Скачиваний:
425
Добавлен:
06.02.2016
Размер:
3.28 Mб
Скачать

Программная лекция 3 из модуля 1 «атмосферное давление и плотность воздуха. Статика атмосферы»

Распределение температуры, плотности воздуха с высотой влияет на вертикальный подъем отдельных воздушных масс, в том числе выбросов загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников выбросов. Поэтому умение рассчитать эти показатели на некоторой высоте над уровнем земли необходимы для определения условий рассеяния выбросов.

◙ Основные положения, которые необходимо знать после изучения данного модулю.

  1. общий характер распределения температуры, давления, плотности воздуха с высотой.

  2. уметь рассчитать температуру, давление и плотность воздуха на некоторой высоте над уровнем моря.

  3. уметь привести к уровню моря температуру, атмосферное давление.

Проблемная лекция 3 из модуля 1

«АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ И ПЛОТНОСТЬ ВОЗДУХА.

СТАТИКА АТМОСФЕРЫ»

ОБЩИЙ ХАРАКТЕР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ в АТМОСФЕРЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Температура воздуха в каждой точке атмосферы непрерывно меняется, в разных местах Земли в одно и тоже же время по-разному. У земной поверхности температура воздуха варьируется в довольно широких пределах: в тропических пустынях до + 60 °С, на материке Антарктика до – 90 °С.

С высотой температура воздуха изменяется в разных слоях и в разных широтах по-разному. В среднему она сначала снижается до высоты 10-15 км, а потом – растет до высоты 50-60 км, потом снова – падает. Чтобы определить температуру на любом уровне Z ввели понятия вертикального градиента температуры.

Вертикальным градиентом температуры воздуха называют ее изменение на каждые 100 г высоты.

где zв – высота верхнего уровня, м;

zн – высота нижнего уровня, м.

Данные о вертикальном градиенте температуры в разных пластах атмосферы используются при составлении прогнозов погоды, метеообслуживании полетов реактивных самолетов. Зная вертикальный градиент температуры, легко определить температуру tz на любом уровне z, если известна температура t0 на нижнем уровне:

Можно также определить температуру на нижнем уровне, если известная температура на высоте z. Такую задачу решают для приведения температуры к уровню моря. Средний по высоте и времени вертикальный градиент температуры в тропосфере составляет 0,6 °С/100 г.

График зависимости температуры воздуха от высоты, называется кривой стратификации.

Уравнение состояния сухого и влажного воздуха

Плотность воздуха непосредственно не определяется, а вычисляется при помощи уравнения состояния газа. Для одного моля газа:

PV = RT (3.1)

P = ρRT (3.2)

ρ = P/RT, (3.3)

где R – универсальная газовая постоянная. При нормальных условиях: Р = 101330 н/м2, T =273 К, R = 287,05 Дж/(кг·град).

По уравнению (3.3) можно определить плотность сухого воздуха. При н.у. ρв = 1,293 кг/м3.

Теперь найдем выражение для плотности влажного воздуха с температурой T, давлением воздуха Р і давлением водного пара е.

Влажный воздух – это смесь сухого воздуха и водяного пара.

Р = Р + е,

где Р – давление сухого воздуха.

Поэтому, давление сухого воздуха равняется (Р – е).

Для сухого воздуха уравнения состояния запишется в таким образом:

.

Для водяного пара:

.

Коэффициент 0,622 – это отношения молярной массы водяного пара к молярной массе сухого воздуха.

Общая плотность влажного воздуха равняется сумме плотности сухого воздуха и водного пара:

.

Тогда уравнение состояния влажного воздуха запишется так:

.

Rв – газовая постоянная для сухого воздуха, равная 287 Дж/(кг·град);

Rп – газовая постоянная для влажного воздуха, равная 460 Дж/(кг·град).

Отношение е/Р мало, поэтому можно записать так:

1-0,378·(е/Р) ≈ 1/(1+0,378·е/Р).

Так как

(1-а)(1+а) = 1-ая2,

а 1-ая2 ≈ 0,

то (1-ая) = 1/(1+а).

Тогда, уравнение состояния для влажного воздуха примет вид:

.

Величина называетсявиртуальной температурой (Tv).

.

Тогда,

,

то есть плотность влажного воздуха описывается уравнением состояния сухого воздуха, но только с заменой температуры T на виртуальную температуру Tv.

Виртуальная температура влажного воздуха Tv – это такая температура, какую должен был бы иметь сухой воздух, чтобы его плотность равнялась плотности влажного воздуха с температурой T, давлением Р и давлением водяного пара е.

Виртуальная температура всегда немного выше истинной температуры влажного воздуха.

Плотность воздуха в каждом месте непрерывно изменяется во времени. Кроме того, она меняется с высотой, так как с высотой меняется также атмосферное давление и температура воздуха. Давление с высотой всегда уменьшается, а вместе с ним убывает и плотность. Температура с высотой, в основной, снижается, по крайней мере, в нижних слоях (10-15 км) атмосферы. Но падение температуры вызывает повышение плотности. В результате общего влияния изменения давления и температуры плотность с высотой, как правило, снижается, но не так сильно, как давление. В среднем для Европы она равняется у земной поверхности 1,25 кг/м3; на высоте 5 км – 0,74 кг/м3; 10 км – 0,41 кг/м3; 20 км – 0,09 кг/м3.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]