Физика атмосферы, океана и вод суши,1 часть , 2 курс: 4 часа (установленные лекции), + 8 часов лекции, + 8 часов практики = 20 часов (ауд), +180 часов самостоятельно, 2 контрольные работы. Отчётность – экзамен. На 3 курсе – 2-я часть метеорологии, на 4 курсе – физика океана, 5 курсе – физика вод суши.

Вопросы которые Вы должны изучить на 2 курсе: Физика атмосферы (Введение, состав, строение, свойства атмосферы) Статистика. Термодинамика. Лучистая энергия. Тепловой режим поверхности. Тепловой режим атмосферы.

Введение

Эта дисциплина имеет фундаментальный характер, т.к. рассматривает основы научных знаний о двух важнейших сферах: атмосферы и гидросферы. Они являются предметами изучения в этом курсе.

Атмосферу изучает наука «Метеорология». История науки начинается с Аристотеля, который первый ввёл это название и дал начальный свод знаний об атмосфере.

В середине века начали регистрироваться и записываться наиболее выделяющееся погодные явления (похолодание, катастрофические осадки и т.д.) Настоящая метеорология начала развиваться как наука в 17 веке, когда появлялись первые метеоприборы: Термометр, барометр, дождемер и т.д. Впоследствии огромный вклад в развитие метеорологии внес наш соотечественник М.В.Ломоносов. В середине 19 века возникли первые государственные сети метеостанций. В России эту работу выполнил Г.И. Вилод.

Очень бурно развивалась метеорология в 20 веке. Стали возникать самостоятельные разделы метеорологии: динамическая метеорология, аэрология, синоптические методы прогноза погоды, Физика облаков и осадков и др. разделы метеорологии. Задачами современной метеорологии являются: изучение (описание состояния атмосферы в данный момент времени и прогноз её состояния в будущем)

Использование в метеорологии точных физических законов и сложного математического аппарата обуславливает тесную связь её с физико-математическими науками.

А поскольку атмосфера взаимодействует с земной поверхностью Земли, то тесная связь метеорологии наблюдается и с географическими науками. Метеорология имеет большое значение в развитие других наук, для решения проблем «О человеке окружающей среде», для решения многочисленных прикладных задач.

1.Состав атмосферы и его изменение с высотой.

Атмосфера состоит из смеси газов, называемой воздухом. Воздух без водяного пара называют сухим. У Земли сухой воздух состоит из азота (78% по объёму), кислорода(21%), аргона (1%), углекислого газа (СО₂) – 0,03%.Остальные многочисленные газы(неон, гелий, метан, озон и др.) составляют от сотых до миллионных долей %.

Кроме перечисленных газов в воздухе всегда находится и твёрдые частицы в взвешенном состоянии, также присутствует водяной пар, т.е. воздух не бывает абсолютно сухим, он обычно влажный.

До Z=100 км процентный состав сухого воздуха практически не меняется гомосфера, хотя в последние 150 лет из-за антропогенного влияния на атмосферу состав ее стал меняться: увеличивается содержание СО₂, изменяется содержание озона, появились фреоны. Что касается водяного пера, то его содержание меняется почти от 0 до 4%, как по горизонтали так и по вертикали.

Выше 100км состав воздуха меняется, т.е. происходит расслоение газов по плотности из-за отсутствия здесь перемешивания атмосферы по вертикали. На Z=200км число атомов О₂ сравнивается с числом атомовN₂. Выше 1000км воздух в основном состоит из гелия и водорода, а выше 1500км – из водорода.

2. Основные метеорологические величины

Давление атмосферы

Оно зависит от скорости движения молекул и числено равно силе ударов молекул о стенки объема воздуха, отнесенной к площади, т.е. P=F/S, гдеP– давление,F– сила,S- площадь. Если за ед. силыFвзять ньютон (Н), а площадьS=1м², то давление будет равно 1 паскалю (Па). 100Па = гПа. Соотношение между другими ед.: 1гПа = 1мбар; 1гПа = 0,75мм. рт-ст.

Основным прибором для измерения является ртутный чашечный барометр.

Температура

Степень движения молекул отражается не только на давлении, но и на температуре. Единицей измерения температуры является градус шкалы Цельсия. Ноль этой шкалы соответствует температуре плавления льда, а 100⁰С – температуре кипения воды (при нормальном давлении). В теоретических работах широко используется абсолютная шкала Кельвина. Ноль соответствует прекращению движения молекул, т.е. при Т=0⁰К,t= -273⁰C. Переход от шкалы Кельвина к шкале Цельсия осуществляется по формуле Т⁰К=t⁰С + 273 (т.к. Т⁰К -t⁰С = 273⁰). Существуют и другие шкалы (напр., Фарингейта).

Влажность

По количеству водяного пара судят о влажности. Основными параметрами влажности являются:

- парциальное давление пара,, где с – коэффициент пропорции, Т – температура воздуха,- плотность пара (масса). Фактически «е» характеризует количество водяного пара в ед. объеме.

- давление насыщенного водяного пара, Е =f(T), гПа. Т.е. при постоянной температуре Т возрастание е происходит до максимального значения Е.

- относительная влажность,f= (е/Е) 100%, %. Характеризует близость состояния водяного пара от насыщения.

- точка росы,t_d, ⁰С – температура, до которой нужно понизить, чтобы пар стал насыщенным. Характеризует близость воздуха от состояния насыщения.

- дефицит насыщенияd=E–e, гПа

- массовая доля пара(удельная влажность),s= 622e/P, г/кг (%). Эта величина характеризует содержание водяного пара (массы) в ед. массы.

- абсолютная влажность, а = 217 е/Т, г/м³- количество водяного пара в ед. объема воздуха.

Для определения характеристики влажности используют психрометрические таблицы, которые построены, используя психрометрическую формулу: е = Е₁– АР (t-t₁), где е – упругость водяного пара, Е – максимальная упругость приt_1, t₁ - температура смоченного термометра;t– температура воздуха, А – психрометрическая постоянная. Таким образом, знаяt₁иt, полагая Р = 1000 гПа (Е₁нетрудно определить поt₁), можно рассчитать е. Затем вводят поправку к «е» из-за неравенства реального давления Р = 1000 гПа. Знаяt_, t₁, Е₁, е, можно рассчитать любые другие характеристики влажности (по другим психрометрическим таблицам).

Кроме перечисленных метеовеличин состояние атмосферы характеризуется рядом других параметров (скорость и направленные ветра, количества осадков, дальностьгоризонтальной видимости, форма и количество облаков, явления погоды и др.)

Основные метеовеличины непрерывны, поэтому их можно представить в виде метеополей (поверхности равных значений метеовиличины: изобарической, изотермической и т.д.).